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20.1 : Organiser la vie sur Terre

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    Compétences à développer

    • Discuter de la nécessité d'un système de classification complet
    • Énumérer les différents niveaux du système de classification taxonomique
    • Décrire comment la systématique et la taxonomie sont liées à la phylogénie
    • Discuter des composants et de l'objectif d'un arbre phylogénétique

    En termes scientifiques, l'histoire évolutive et les relations d'un organisme ou d'un groupe d'organismes sont appelées phylogénie. La phylogénie décrit les relations d'un organisme, telles que les organismes à partir desquels il est censé avoir évolué, les espèces auxquelles il est le plus étroitement apparenté, etc. Les relations phylogénétiques fournissent des informations sur l'ascendance partagée, mais pas nécessairement sur la façon dont les organismes sont similaires ou différents.

    Arbres phylogénétiques

    Les scientifiques utilisent un outil appelé arbre phylogénétique pour montrer les voies évolutives et les connexions entre les organismes. Un arbre phylogénétique est un diagramme utilisé pour refléter les relations évolutives entre des organismes ou des groupes d'organismes. Les scientifiques considèrent les arbres phylogénétiques comme une hypothèse du passé évolutif puisqu'on ne peut pas revenir en arrière pour confirmer les relations proposées. En d'autres termes, un « arbre de vie » peut être construit pour illustrer l'évolution des différents organismes et pour montrer les relations entre les différents organismes (Figure\(\PageIndex{1}\)).

    Contrairement à un diagramme de classification taxonomique, un arbre phylogénétique peut être lu comme une carte de l'histoire de l'évolution. De nombreux arbres phylogénétiques ont une seule lignée à la base représentant un ancêtre commun. Les scientifiques appellent ces arbres enracinés, ce qui signifie qu'il existe une seule lignée ancestrale (généralement tirée du bas ou de la gauche) à laquelle se rapportent tous les organismes représentés sur le diagramme. Remarquez dans l'arbre phylogénétique enraciné que les trois domaines (bactéries, archées et eucaryas) divergent à partir d'un seul point et se ramifient. La petite branche que les plantes et les animaux (y compris les humains) occupent dans ce diagramme montre à quel point ces groupes sont récents et minuscules par rapport à d'autres organismes. Les arbres non racinés ne présentent pas d'ancêtre commun, mais montrent des relations entre les espèces.

    L'arbre phylogénétique de la partie a est enraciné et ressemble à un arbre vivant, avec un ancêtre commun indiqué comme base du tronc. Deux branches se forment à partir du tronc. La branche gauche mène au domaine Bactéries. La branche droite se ramifie à nouveau, donnant naissance à Archaea et à Eucarya. Des branches plus petites au sein de chaque domaine indiquent les groupes présents dans ce domaine. L'arbre phylogénétique de la partie B n'est pas enraciné. Il ne ressemble pas à un arbre vivant ; les groupes d'organismes des domaines des Archées, des Eucaryas et des Bactéries sont disposés en cercle. Les lignes relient les groupes au sein de chaque domaine. Les groupes au sein d'Archaea et d'Eucarya sont ensuite connectés entre eux. Une ligne provenant des domaines Archae/ Eucarya et une autre provenant des Bactéries se rencontrent au centre du cercle. Il n'y a pas de racine, et donc aucune indication quant au domaine apparu en premier.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Ces deux arbres phylogénétiques montrent la relation entre les trois domaines de la vie, à savoir les bactéries, les archées et les eucaryas, mais l'arbre (a) enraciné tente de déterminer quand diverses espèces divergent d'un ancêtre commun alors que (b) l'arbre non enraciné ne le fait pas. (crédit a : modification d'une œuvre d'Eric Gaba)

    Dans un arbre enraciné, la ramification indique des relations évolutives (Figure\(\PageIndex{2}\)). Le point où se produit une scission, appelé point de branchement, représente l'endroit où une seule lignée a évolué pour devenir une nouvelle lignée distincte. Une lignée qui a évolué tôt à partir de la racine et qui reste non ramifiée est appelée taxon basal. Lorsque deux lignées proviennent du même point de ramification, elles sont appelées taxons frères. Une branche comportant plus de deux lignées est appelée polytomie et sert à illustrer les domaines dans lesquels les scientifiques n'ont pas déterminé définitivement toutes les relations. Il est important de noter que, bien que les taxons soeurs et la polytomie aient un ancêtre commun, cela ne signifie pas que les groupes d'organismes se sont séparés ou ont évolué les uns des autres. Les organismes de deux taxons peuvent s'être séparés à un point de ramification spécifique, mais aucun des taxons n'a donné naissance à l'autre.

    L'illustration montre un arbre phylogénétique qui prend naissance à la racine, ce qui indique que tous les organismes de l'arbre ont un ancêtre commun. Peu après la racine, l'arbre se ramifie. Une branche donne naissance à une seule lignée basale et l'autre donne naissance à tous les autres organismes de l'arbre. La branche suivante se divise à un moment donné en quatre lignées différentes, un exemple de polytomie. La dernière branche donne naissance à deux lignées, un exemple de taxons frères.
    Figure\(\PageIndex{2}\) : La racine d'un arbre phylogénétique indique qu'une lignée ancestrale a donné naissance à tous les organismes présents sur l'arbre. Un point d'embranchement indique l'endroit où deux lignées divergeaient. Une lignée qui a évolué tôt et qui reste non ramifiée est un taxon basal. Lorsque deux lignées proviennent du même point de ramification, elles sont des taxons frères. Une branche comportant plus de deux lignées est une polytomie.

    Les diagrammes ci-dessus peuvent servir de voie à la compréhension de l'histoire de l'évolution. Le chemin peut être tracé depuis l'origine de la vie jusqu'à n'importe quelle espèce individuelle en naviguant à travers les branches évolutives situées entre les deux points. De plus, en commençant par une seule espèce et en remontant jusqu'au « tronc » de l'arbre, on peut découvrir les ancêtres de cette espèce, ainsi que les lignées qui partagent une ascendance commune. De plus, l'arbre peut être utilisé pour étudier des groupes entiers d'organismes.

    Un autre point à mentionner en ce qui concerne la structure phylogénétique des arbres est que la rotation aux points des branches ne modifie pas l'information. Par exemple, si un point de branche était pivoté et que l'ordre des taxons était modifié, cela ne modifierait pas les informations car l'évolution de chaque taxon à partir du point de branche était indépendante de l'autre.

    De nombreuses disciplines de l'étude de la biologie contribuent à comprendre comment la vie passée et présente a évolué au fil du temps ; ensemble, ces disciplines contribuent à construire, à mettre à jour et à maintenir « l'arbre de vie ». Les informations sont utilisées pour organiser et classer les organismes sur la base de relations évolutives dans un domaine scientifique appelé systématique. Les données peuvent être collectées à partir de fossiles, en étudiant la structure de parties du corps ou de molécules utilisées par un organisme et par analyse de l'ADN. En combinant des données provenant de nombreuses sources, les scientifiques peuvent établir la phylogénie d'un organisme ; les arbres phylogénétiques étant des hypothèses, ils continueront de changer à mesure que de nouveaux types de vie seront découverts et que de nouvelles informations seront apprises.

    Limites des arbres phylogénétiques

    Il est facile de supposer que des organismes plus proches se ressemblent davantage, et bien que cela soit souvent le cas, ce n'est pas toujours le cas. Si deux lignées étroitement apparentées ont évolué dans des environnements très variés ou après l'évolution d'une nouvelle adaptation majeure, il est possible que les deux groupes apparaissent plus différents que d'autres groupes qui ne sont pas aussi étroitement liés. Par exemple, l'arbre phylogénétique de la figure\(\PageIndex{3}\) montre que les lézards et les lapins ont tous deux des œufs amniotiques, alors que les grenouilles n'en ont pas. Pourtant, les lézards et les grenouilles se ressemblent davantage que les lézards et les lapins.

    L'arbre phylogénétique en forme d'échelle commence par un tronc à gauche. Une question posée à côté du tronc demande si une colonne vertébrale est présente. Si la réponse est non, une branche mène vers le bas jusqu'à la lancelette. Si la réponse est oui, une branche amène vers le haut à une autre question : y a-t-il une mâchoire articulée ? Si la réponse est non, une branche mène vers le bas jusqu'à la lamproie. Si la réponse est oui, une branche mène vers le haut à une autre question : y a-t-il des pattes ? Si la réponse est non, une branche mène au poisson. Si la réponse est oui, une branche mène vers le haut à une autre question : l'œuf contient-il un amnios ? Si la réponse est non, la branche descend vers la grenouille. Si la réponse est oui, la branche mène vers le haut à une autre question : y a-t-il des cheveux ? Si la réponse est non, la branche descend vers le lézard. Si la réponse est oui, la branche mène vers le haut vers le lapin.
    Figure\(\PageIndex{3}\) : Cet arbre phylogénétique de vertébrés en forme d'échelle est enraciné dans un organisme dépourvu de colonne vertébrale. À chaque embranchement, les organismes ayant des caractères différents sont placés dans des groupes différents en fonction des caractéristiques qu'ils partagent.

    Un autre aspect des arbres phylogénétiques est que, sauf indication contraire, les branches ne tiennent pas compte de la durée, mais uniquement de l'ordre évolutif. En d'autres termes, la longueur d'une branche ne signifie généralement pas plus de temps écoulé, pas plus qu'une branche courte ne signifie pas moins de temps écoulé, sauf indication contraire sur le diagramme. Par exemple, sur la figure\(\PageIndex{3}\), l'arbre n'indique pas combien de temps s'est écoulé entre l'évolution des œufs amniotiques et celle des cheveux. Ce que l'arbre montre, c'est l'ordre dans lequel les choses se sont déroulées. Toujours en utilisant la Figure\(\PageIndex{3}\), l'arbre montre que le trait le plus ancien est la colonne vertébrale, suivie des mâchoires articulées, etc. N'oubliez pas que tout arbre phylogénétique fait partie de l'ensemble et, comme un véritable arbre, il ne pousse pas dans une seule direction après le développement d'une nouvelle branche. Ainsi, pour les organismes de la Figure\(\PageIndex{3}\), ce n'est pas parce qu'une colonne vertébrale a évolué que l'évolution des invertébrés a cessé, mais simplement qu'une nouvelle branche s'est formée. De plus, les groupes qui ne sont pas étroitement liés, mais qui évoluent dans des conditions similaires, peuvent sembler phénotypiquement plus similaires les uns aux autres qu'à ceux d'un proche parent.

    Lien vers l'apprentissage

    Rendez-vous sur ce site Web pour voir des exercices interactifs qui vous permettront d'explorer les relations évolutives entre les espèces.

    Les niveaux de classification

    La taxonomie (qui signifie littéralement « loi des arrangements ») est la science qui consiste à classer les organismes afin de construire des systèmes de classification partagés au niveau international, chaque organisme étant classé dans des groupes de plus en plus inclusifs. Réfléchissez à la façon dont une épicerie est organisée. Un grand espace est divisé en départements, tels que les fruits et légumes, les produits laitiers et les viandes. Ensuite, chaque département se divise en allées, puis chaque allée en catégories et en marques, et enfin un seul produit. Cette organisation allant de catégories plus grandes à des catégories plus petites et plus spécifiques est appelée système hiérarchique.

    Le système de classification taxonomique (également appelé système linnéen du nom de son inventeur, Carl Linnaeus, botaniste, zoologiste et médecin suédois) utilise un modèle hiérarchique. À partir du point d'origine, les groupes deviennent plus spécifiques, jusqu'à ce qu'une branche se termine par une seule espèce. Par exemple, après le début commun de toute vie, les scientifiques divisent les organismes en trois grandes catégories appelées domaine : les bactéries, les archées et les eucaryas. Dans chaque domaine se trouve une deuxième catégorie appelée royaume. Après les royaumes, les catégories suivantes de spécificité croissante sont les suivantes : phylum, classe, ordre, famille, genre et espèce (Figure\(\PageIndex{4}\)).

    L'illustration montre la classification d'un chien, qui appartient au domaine Eukarya, au règne Animalia, au phylum Chordata, à la classe des mammifères, à l'ordre des carnivores, à la famille des Canidés, au genre Canis, à l'espèce Canis lupus et à la sous-espèce Canis lupus familiaris.
    Figure\(\PageIndex{4}\) : Le système de classification taxonomique utilise un modèle hiérarchique pour organiser les organismes vivants en catégories de plus en plus spécifiques. Le chien commun, Canis lupus familiaris, est une sous-espèce de Canis lupus, qui comprend également le loup et le dingo. (crédit « chien » : modification de l'œuvre de Janneke Vreugdenhil)

    Le royaume Animalia est issu du domaine d'Eukarya. Pour le chien commun, les niveaux de classification seraient ceux indiqués dans la figure\(\PageIndex{4}\). Par conséquent, le nom complet d'un organisme comporte techniquement huit termes. Pour le chien, ce sont : Eucarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis et Lupus. Notez que chaque nom est en majuscule, sauf pour les espèces, et que les noms du genre et de l'espèce sont en italique. Les scientifiques désignent généralement un organisme uniquement par son genre et son espèce, ce qui correspond à son nom scientifique en deux mots, dans ce que l'on appelle la nomenclature binomiale. Par conséquent, le nom scientifique du chien est Canis lupus. Le nom de chaque niveau est également appelé taxon. En d'autres termes, les chiens sont dans l'ordre des carnivores. Carnivora est le nom du taxon au niveau de l'ordre ; Canidae est le taxon au niveau de la famille, etc. Les organismes ont également un nom commun que les gens utilisent généralement, dans ce cas, chien. Notez que le chien est également une sous-espèce : le « familiaris » de Canis lupus familiaris. Les sous-espèces sont des membres de la même espèce capables de s'accoupler et de reproduire des descendants viables, mais elles sont considérées comme des sous-espèces distinctes en raison de leur isolement géographique ou comportemental ou d'autres facteurs.

    La figure\(\PageIndex{5}\) montre comment les niveaux évoluent vers la spécificité avec d'autres organismes. Remarquez comment le chien partage un domaine avec la plus grande diversité d'organismes, y compris des plantes et des papillons. À chaque sous-niveau, les organismes se ressemblent davantage parce qu'ils sont plus étroitement liés. Historiquement, les scientifiques classaient les organismes en fonction de leurs caractéristiques, mais à mesure que la technologie de l'ADN se développait, des phylogénies plus précises

    Connexion artistique

    L'illustration montre les groupes taxonomiques communs à différentes espèces. Tous les organismes présentés appartiennent au domaine Eukarya : plantes, insectes, poissons, lapins, chats, renards, chacals, loups et chiens. Parmi ceux-ci, les insectes, les poissons, les lapins, les chats, les renards, les chacals, les loups et les chiens font partie du règne Animalia. Au sein du royaume Animalia, les poissons, les lapins, les chats, les renards, les chacals, les loups et les chiens se trouvent dans le phylum Chordata. Les lapins, les chats, les renards, les chacals, les loups et les chiens font partie de la classe des mammifères. Les chats, les renards, les chacals, les loups et les chiens font partie de l'ordre des carnivores. Les renards, les chacals, les loups et les chiens font partie de la famille des Canidés. Les chacals, les loups et les chiens appartiennent au genre Canis. Loups et chiens et portent le nom d'espèce Canis lupus. Les chiens portent le nom de sous-espèce Canis lupus familiaris.
    Figure\(\PageIndex{5}\) : À chaque sous-niveau du système de classification taxonomique, les organismes se ressemblent davantage. Les chiens et les loups sont de la même espèce parce qu'ils peuvent se reproduire et produire une progéniture viable, mais ils sont suffisamment différents pour être classés dans des sous-espèces différentes. (crédit « plant » : modification de l'œuvre par « berduchwal » /Flickr ; crédit « insecte » : modification de l'œuvre de Jon Sullivan ; crédit « fish » : modification de l'œuvre de Christian Mehlführer ; crédit « lapin » : modification de l'œuvre d'Aidan Wojtas ; crédit « cat » : modification de l'œuvre de Jonathan Lidbeck ; crédit « fox » : modification d'une œuvre de Kevin Bacher, NPS ; crédit « chacal » : modification de l'œuvre de Thomas A. Hermann, NBII, USGS ; crédit « wolf » : modification d'une œuvre de Robert Dewar ; crédit « dog » : modification de l'œuvre par « digital_image_fan » /Flickr)

    À quel niveau les chats et les chiens sont-ils considérés comme faisant partie du même groupe ?

    Des analyses génétiques récentes et d'autres avancées ont révélé que certaines classifications phylogénétiques antérieures ne correspondent pas au passé évolutif ; par conséquent, des modifications et des mises à jour doivent être apportées à mesure que de nouvelles découvertes se produisent. Rappelons que les arbres phylogénétiques sont des hypothèses et sont modifiés au fur et à mesure que les données deviennent disponibles. En outre, la classification s'est toujours concentrée sur le regroupement des organismes principalement en fonction de caractéristiques communes et n'illustre pas nécessairement la manière dont les différents groupes sont liés les uns aux autres dans une perspective évolutive. Par exemple, bien qu'un hippopotame ressemble plus à un cochon qu'à une baleine, l'hippopotame peut être le plus proche parent vivant de la baleine.

    Résumé

    Les scientifiques obtiennent continuellement de nouvelles informations qui aident à comprendre l'histoire évolutive de la vie sur Terre. Chaque groupe d'organismes a connu son propre parcours évolutif, appelé phylogénie. Chaque organisme est apparenté aux autres et, sur la base de preuves morphologiques et génétiques, les scientifiques tentent de cartographier les voies évolutives de toutes les formes de vie sur Terre. Historiquement, les organismes étaient organisés selon un système de classification taxonomique. Cependant, aujourd'hui, de nombreux scientifiques construisent des arbres phylogénétiques pour illustrer les relations évolutives.

    Connexions artistiques

    Figure\(\PageIndex{5}\) : À quel niveau les chats et les chiens sont-ils considérés comme faisant partie du même groupe ?

    Réponse

    Les chats et les chiens font partie du même groupe à cinq niveaux : ils appartiennent tous deux au domaine Eucarya, au règne Animalia, au phylum Chordata, à la classe des mammifères et à l'ordre des carnivores.

    Lexique

    taxon basal
    branche d'un arbre phylogénétique qui n'a pas divergé de façon significative de l'ancêtre racine
    nomenclature binomiale
    système de noms scientifiques en deux parties pour un organisme, qui comprend les noms de genre et d'espèce
    point de branchement
    nœud d'un arbre phylogénétique où une seule lignée se divise en de nouvelles lignées distinctes
    classe
    division du phylum dans le système de classification taxonomique
    famille
    division de l'ordre dans le système de classification taxonomique
    genre
    division de la famille dans le système de classification taxonomique ; première partie du nom scientifique binomial
    royaume
    division du domaine dans le système de classification taxonomique
    commande
    division d'une classe dans le système de classification taxonomique
    arbre phylogénétique
    diagramme utilisé pour refléter les relations évolutives entre des organismes ou des groupes d'organismes
    phylogénie
    histoire évolutive et relation entre un organisme ou un groupe d'organismes
    phylum
    (pluriel : phyla) division du règne dans le système de classification taxonomique
    polytomie
    branche d'un arbre phylogénétique comportant plus de deux groupes ou taxons
    enraciné
    lignée ancestrale unique sur un arbre phylogénétique auquel se rapportent tous les organismes représentés dans le diagramme
    taxons frères
    deux lignées qui divergeaient à partir du même point de ramification
    systématique
    domaine de l'organisation et de la classification des organismes sur la base de relations évolutives
    taxon
    (pluriel : taxons) niveau unique dans le système de classification taxonomique
    taxinomie
    science de la classification des organismes