Lycée · 1ʳᵉ · Spécialité SVT
Diversification du vivant et relations de parenté
Phylogénèse, cladistique et mécanismes évolutifs — programme de Spécialité SVT 1re (lycée général)
À propos de cette page
La diversité du vivant : un constat et une histoire
La Terre abrite une biodiversité colossale : on estime à environ 8,7 millions d'espèces eucaryotes actuelles, dont seulement 1,5 million ont été décrites. Pourtant, les espèces actuelles ne représentent qu'une infime fraction de celles qui ont existé : plus de 99 % des espèces ayant jamais vécu sont aujourd'hui éteintes.
Cette diversité n'est pas le fruit du hasard mais le résultat de l'évolution biologique : les êtres vivants descendent avec modifications d'ancêtres communs. Reconstituer cette histoire partagée est l'objet de la phylogénèse (ou phylogénie).
Les paléontologues découvrent régulièrement des fossiles qui témoignent d'espèces disparues et permettent de dater les grandes étapes de l'évolution. La biologie moléculaire (comparaison des séquences d'ADN ou de protéines) apporte des données complémentaires pour établir les parentés.
Les relations de parenté : le principe de la cladistique
La cladistique (ou systématique phylogénétique) est la méthode scientifique utilisée pour établir les relations de parenté entre espèces. Elle repose sur l'identification de caractères dérivés partagés.
Le principe fondateur : deux espèces sont d'autant plus proches qu'elles partagent un plus grand nombre de caractères dérivés communs, hérités d'un ancêtre commun exclusif.
Schéma : du caractère dérivé au clade
Caractères ancestraux et dérivés
En cladistique, on distingue deux types de caractères :
| Type de caractère | Définition | Rôle en cladistique |
|---|---|---|
| Ancestral (plésiomorphie) | Caractère présent chez l'ancêtre et conservé dans plusieurs groupes descendants | Ne permet pas de définir un clade particulier (trop répandu) |
| Dérivé partagé (synapomorphie) | Caractère nouveau, apparu chez un ancêtre commun et partagé par tous ses descendants | Définit un clade : c'est le critère de regroupement |
| Dérivé propre (autapomorphie) | Caractère dérivé propre à une seule espèce ou lignée | Distingue l'espèce mais ne regroupe pas |
La méthode pratique consiste à dresser un tableau de comparaison des caractères (matrice taxon × caractère), en notant pour chaque espèce la présence (1) ou l'absence (0) de chaque caractère dérivé.
Construction et lecture d'un arbre phylogénétique
Un arbre phylogénétique (ou cladogramme) représente graphiquement les relations de parenté déduites de la cladistique.
Comment lire un cladogramme :
- Les nœuds représentent des ancêtres communs hypothétiques.
- Les branches symbolisent des lignées évolutives.
- Les caractères dérivés s'inscrivent sur les branches à l'endroit où ils sont apparus.
- Deux taxons sont d'autant plus proches qu'ils partagent un nœud commun plus récent.
Exemple de tableau de comparaison pour construire un arbre :
| Espèce | Vertèbres | Mâchoires | Membres tétrapodes | Amnios | Plumes |
|---|---|---|---|---|---|
| Lamproie | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Requin | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| Grenouille | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| Lézard | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Oiseau | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Cladogramme : emboîtement des clades par acquisition successive de synapomorphies
Groupes monophylétiques, paraphylétiques et polyphylétiques
La validité d'un groupe taxonomique dépend de sa composition par rapport à l'arbre phylogénétique :
| Type de groupe | Composition | Valide en cladistique ? | Exemple |
|---|---|---|---|
| Monophylétique (clade) | Ancêtre commun + TOUS ses descendants | Oui | Mammifères, Oiseaux, Tétrapodes |
| Paraphylétique | Ancêtre commun + CERTAINS descendants (un groupe exclu) | Non (groupe artificiel) | Reptiles (excluant les oiseaux), Poissons |
| Polyphylétique | Individus issus de plusieurs ancêtres non partagés | Non (groupe artificiel) | Animaux à sang chaud (Oiseaux + Mammifères) |
Convergence évolutive : homologie vs analogie
L'évolution peut aboutir à des ressemblances trompeuses entre espèces sans lien de parenté proche : c'est la convergence évolutive.
Exemples de convergences évolutives :
- Forme fusiforme du requin (Poisson) et du dauphin (Mammifère) : adaptation à la nage rapide.
- Œil du poulpe (Mollusque) et œil du vertébré : très similaires en structure, mais apparus indépendamment.
- Cactus (Amérique) et euphorbes (Afrique) : plantes succulentes épineuses sans lien proche.
Carte mentale : distinction homologie / analogie
Mécanismes de diversification du vivant
La diversification du vivant résulte de plusieurs mécanismes évolutifs agissant sur les populations :
1. Spéciation : processus par lequel une population se divise en deux ou plusieurs populations qui cessent de se reproduire entre elles, formant des espèces distinctes. La spéciation allopatrique se produit lors d'une séparation géographique des populations.
2. Sélection naturelle : les individus porteurs de caractères augmentant leur aptitude reproductive laissent davantage de descendants. Au fil des générations, la fréquence de ces caractères augmente dans la population. C'est le principal moteur de l'adaptation.
3. Dérive génétique : variation aléatoire des fréquences alléliques dans les petites populations, indépendamment de la valeur sélective. Elle peut fixer des allèles par hasard (effet fondateur, goulot d'étranglement).
4. Mutations : source primaire de la variabilité génétique. Les mutations sont aléatoires et la plupart sont neutres ou délétères ; certaines sont avantageuses.
5. Transferts horizontaux de gènes : chez les procaryotes notamment, des gènes peuvent être transférés entre organismes sans reproduction sexuée.
Exemples de phylogénies : vertébrés et plantes à fleurs
La phylogénèse des Vertébrés est aujourd'hui bien établie grâce aux données morphologiques, paléontologiques et moléculaires :
- Les Actinoptérygiens (poissons à nageoires rayonnées) forment un groupe frère des Sarcoptérygiens.
- Les Sarcoptérygiens (cœlacanthes, dipneustes, tétrapodes) partagent des nageoires lobées charnues — ancêtres des membres tétrapodes.
- Les Amniotes = reptiles + oiseaux + mammifères. L'amnios est une membrane protégeant l'embryon, synapomorphie de ce groupe.
- Les Mammifères forment un clade avec : poils, glandes mammaires, endothermie… comme synapomorphies.
Pour les Angiospermes (plantes à fleurs) :
- Les Monocotylédones (graminées, orchidées, liliacées) : 1 cotylédon, feuilles à nervures parallèles.
- Les Eudicotylédones (rosacées, légumineuses, composées) : 2 cotylédons, feuilles à nervures réticulées.
Frise chronologique : grandes étapes de la diversification des Vertébrés (en millions d'années)
- La cladistique établit les relations de parenté à partir des caractères dérivés partagés (synapomorphies).
- Un clade (groupe monophylétique) = ancêtre commun + TOUS ses descendants : c'est la seule unité valide.
- Un cladogramme représente les parentés ; chaque nœud = ancêtre commun hypothétique.
- Homologie = même origine (témoigne d'une parenté) ≠ analogie = même fonction mais origines différentes (convergence évolutive).
- La diversification résulte de la sélection naturelle, des mutations, de la dérive génétique et de la spéciation.
- Les groupes paraphylétiques (ex. Reptiles classiques) et polyphylétiques ne sont pas retenus en classification phylogénétique.
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