12.1 : Organiser la vie sur Terre
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Toute la vie sur Terre a évolué à partir d'un ancêtre commun. Les biologistes cartographient les relations entre les organismes en construisant des arbres phylogénétiques. 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, comme le montre la figure\(\PageIndex{1}\). Remarquez qu'à partir d'un seul point, les trois domaines des Archées, des Bactéries et des Eucaryas divergent puis se ramifient à plusieurs reprises. La petite branche que les plantes et les animaux (y compris les humains) occupent dans ce diagramme montre à quel point ces groupes ont eu leur origine récemment par rapport aux autres groupes.
L'arbre phylogénétique de la figure\(\PageIndex{1}\) illustre le cheminement 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'à n'importe quelle branche, les organismes qui lui sont apparentés à des degrés divers peuvent être identifiés.
Une phylogénie est l'histoire évolutive et les relations entre une espèce ou un groupe d'espèces. L'étude des organismes dans le but d'établir leurs relations est appelée systématique.
De nombreuses disciplines de l'étude de la biologie contribuent à comprendre comment la vie passée et présente a évolué au fil du temps et, ensemble, elles contribuent à construire, à mettre à jour et à maintenir « l'arbre de vie ». Les informations recueillies peuvent inclure des données collectées à partir de fossiles, de l'étude de la morphologie, de la structure de parties du corps ou de la structure moléculaire, comme la séquence des acides aminés dans les protéines ou les nucléotides de l'ADN. En examinant les arbres générés par différents ensembles de données, les scientifiques peuvent établir la phylogénie d'une espèce.
Les scientifiques continuent de découvrir de nouvelles espèces de vie sur Terre ainsi que de nouvelles informations sur les caractères, de sorte que les arbres changent à mesure que de nouvelles données arrivent.
Les niveaux de classification
La taxonomie (qui signifie littéralement « loi des arrangements ») est la science qui consiste à nommer et à regrouper des espèces afin de construire un système de classification partagé à l'échelle internationale. Le système de classification taxonomique (également appelé système linnéen du nom de son inventeur, Carl Linnaeus, un naturaliste suédois) utilise un modèle hiérarchique. Un système hiérarchique comporte des niveaux et chaque groupe à l'un des niveaux inclut des groupes au niveau le plus bas suivant, de sorte qu'au niveau le plus bas, chaque membre appartient à une série de groupes imbriqués. Une analogie est la série de répertoires imbriqués sur l'unité de disque principale d'un ordinateur. Par exemple, dans le groupe le plus inclusif, les scientifiques divisent les organismes en trois domaines : les bactéries, les archées et les eucaryas. Dans chaque domaine se trouve un second niveau appelé royaume. Chaque domaine contient plusieurs royaumes. Au sein des royaumes, les catégories suivantes de spécificité croissante sont les suivantes : phylum, classe, ordre, famille, genre et espèce.
À titre d'exemple, les niveaux de classification pour le chien domestique sont présentés dans la figure\(\PageIndex{2}\). Le groupe à chaque niveau est appelé taxon (pluriel : taxa). En d'autres termes, pour le chien, Carnivora est le taxon au niveau de l'ordre, les canidés est le taxon au niveau de la famille, etc. Les organismes ont également un nom commun que les gens utilisent généralement, comme chien domestique ou loup. Le nom de chaque taxon est en majuscule, sauf pour les espèces, et les noms du genre et de l'espèce sont en italique. Les scientifiques désignent un organisme par ses noms de genre et d'espèce combinés, communément appelés nom scientifique ou nom latin. Ce système à deux noms est appelé nomenclature binomiale. Le nom scientifique du loup est donc Canis lupus. Une étude récente de l'ADN des chiens domestiques et des loups suggère que le chien domestique est une sous-espèce du loup, et non sa propre espèce. Il reçoit donc un nom supplémentaire pour indiquer son statut de sous-espèce, Canis lupus familiaris.
La figure montre\(\PageIndex{2}\) également comment les niveaux taxonomiques évoluent vers la spécificité. Remarquez comment, dans le domaine, nous trouvons le chien regroupé avec la plus grande diversité d'organismes. Il s'agit notamment de plantes et d'autres organismes non représentés, tels que les champignons et les protistes. À chaque sous-niveau, les organismes se ressemblent davantage parce qu'ils sont plus étroitement liés. Avant que la théorie de l'évolution de Darwin ne soit développée, les naturalistes classaient parfois les organismes en utilisant des similitudes arbitraires, mais comme la théorie de l'évolution a été proposée au XIXe siècle, les biologistes s'efforcent de faire en sorte que le système de classification reflète les relations évolutives. Cela signifie que tous les membres d'un taxon doivent avoir un ancêtre commun et être plus étroitement liés les uns aux autres qu'aux membres d'autres taxons.
Des analyses génétiques récentes et d'autres avancées ont révélé que certaines classifications taxonomiques antérieures ne reflètent pas les relations évolutives réelles et que, par conséquent, des modifications et des mises à jour doivent être apportées à mesure que de nouvelles découvertes se produisent. Un exemple dramatique et récent est la désintégration d'espèces procaryotes qui, jusque dans les années 1970, étaient toutes classées comme des bactéries. Leur division en archées et bactéries est survenue après avoir reconnu que leurs grandes différences génétiques justifiaient leur séparation en deux des trois branches fondamentales de la vie.
ART CONNECTION
À quel niveau les chats et les chiens sont-ils considérés comme faisant partie du même groupe ?
Classification et phylogénie
Les scientifiques utilisent un outil appelé arbre phylogénétique pour montrer les voies évolutives et les relations entre les organismes. Un arbre phylogénétique est un diagramme utilisé pour refléter les relations évolutives entre des organismes ou des groupes d'organismes. La classification hiérarchique des groupes imbriqués dans des groupes plus inclusifs est reflétée dans les diagrammes. Les scientifiques considèrent les arbres phylogénétiques comme une hypothèse du passé évolutif, car il est impossible de remonter dans le temps pour confirmer les relations proposées.
Contrairement à une classification taxonomique, un arbre phylogénétique peut être lu comme une carte de l'histoire de l'évolution, comme le montre la figure\(\PageIndex{3}\). Des caractéristiques communes sont utilisées pour construire des arbres phylogénétiques. Le point où se produit une scission dans un arbre, appelé point de branche, représente l'endroit où une seule lignée a évolué pour devenir de nouvelles lignées distinctes. De nombreux arbres phylogénétiques ont une seule branche à la base, ce qui représente un ancêtre commun à toutes les branches de l'arbre. Les scientifiques appellent ces arbres enracinés, ce qui signifie qu'il existe un seul taxon ancestral à la base d'un arbre phylogénétique d'où descendent tous les organismes représentés sur le diagramme. Lorsque deux lignées proviennent du même point de ramification, elles sont appelées taxons frères, par exemple les deux espèces d'orangs-outans. Un point de dérivation comportant plus de deux groupes illustre une situation pour laquelle les scientifiques n'ont pas déterminé de relations définitives. Un exemple est illustré par les trois branches menant à la sous-espèce gorille ; leurs relations exactes ne sont pas encore comprises. Il est important de noter que les taxons frères ont un ancêtre commun, ce qui ne signifie pas qu'un taxon a évolué à partir de l'autre. Le point de branche, ou division, représente un ancêtre commun qui existait dans le passé, mais qui n'existe plus. Les humains n'ont pas évolué à partir des chimpanzés (pas plus que les chimpanzés n'ont évolué à partir des humains) bien qu'ils soient nos plus proches parents vivants. Les humains et les chimpanzés ont évolué à partir d'un ancêtre commun qui a vécu, selon les scientifiques, il y a six millions d'années et qui avait une apparence différente des chimpanzés modernes et des humains modernes.
Les pointes des branches et les branches de la structure phylogénétique des arbres impliquent également un changement évolutif. Parfois, les changements de caractère significatifs sont identifiés sur une branche ou un point de branche. Par exemple, sur la figure\(\PageIndex{4}\), le point de branche qui donne naissance à la lignée de mammifères et de reptiles à partir de la lignée de grenouilles montre l'origine du caractère amniotique de l'œuf. La pointe de la branche qui donne naissance aux organismes dotés de pattes est également indiquée comme étant l'ancêtre commun des mammifères, des reptiles, des amphibiens et des poissons à mâchoires.
Limites des arbres phylogénétiques
Il est facile de supposer que les organismes les plus proches se ressemblent davantage, et bien que cela soit souvent le cas, ce n'est pas toujours vrai. Si deux lignées étroitement apparentées ont évolué dans un environnement significativement différent ou après l'évolution d'une nouvelle adaptation majeure, elles peuvent sembler très différentes l'une de l'autre, encore plus que d'autres groupes qui ne sont pas aussi étroitement liés. Par exemple, l'arbre phylogénétique de la figure\(\PageIndex{4}\) montre que les lézards et les lapins ont tous deux des œufs amniotiques, alors que les salamandres (appartenant à la lignée des grenouilles) n'en ont pas ; pourtant, à première vue, les lézards et les salamandres semblent plus semblables que les lézards et les lapins.
Un autre aspect des arbres phylogénétiques est que, sauf indication contraire, les branches ne montrent pas la durée, elles ne montrent que l'ordre dans le temps des événements évolutifs. En d'autres termes, une branche longue ne signifie pas nécessairement 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\(\PageIndex{4}\), 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\(\PageIndex{4}\), 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 arbre réel, il ne pousse pas dans une seule direction après le développement d'une nouvelle branche. Ainsi, pour les organismes de la Figure\(\PageIndex{4}\), 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 plus similaires les uns aux autres qu'à un parent proche.
Résumé de la section
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 a des liens de parenté avec les 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 et le système de classification taxonomique devrait refléter les relations évolutives.
Connexions artistiques
Figure\(\PageIndex{2}\) : À quel niveau les chats et les chiens sont-ils considérés comme faisant partie du même groupe ?
- Réponse
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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
- nomenclature binomiale
- un système de noms scientifiques en deux parties pour un organisme, qui comprend les noms de genre et d'espèce
- point de branchement
- un point d'un arbre phylogénétique où une seule lignée se divise en de nouvelles lignées distinctes
- classe
- la catégorie du système de classification taxonomique qui appartient au phylum et comprend les ordres
- domaine
- la catégorie de niveau le plus élevé du système de classification et qui inclut toutes les classifications taxonomiques inférieures ; c'est le taxon le plus inclusif
- famille
- la catégorie du système de classification taxonomique qui correspond à l'ordre et comprend des genres
- genre
- la catégorie du système de classification taxonomique qui appartient à une famille et comprend des espèces ; la première partie du nom scientifique
- royaume
- la catégorie du système de classification taxonomique qui appartient au domaine et inclut le phyla
- commande
- la catégorie du système de classification taxonomique qui appartient à une classe et comprend des familles
- 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
- la catégorie du système de classification taxonomique qui appartient au royaume et comprend des classes
- enraciné
- décrivant un arbre phylogénétique avec une seule lignée ancestrale à laquelle se rapportent tous les organismes représentés dans le diagramme
- taxons soeurs
- deux lignées qui divergeaient à partir du même point de ramification
- espèce
- la catégorie de classification la plus spécifique
- systématique
- la science de la détermination des relations évolutives des organismes
- taxon
- un niveau unique dans le système de classification taxonomique
- taxinomie
- la science de la classification des organismes