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Parenté : caractères partagés et classification
Caractères hérités, organes homologues et ressemblances trompeuses ; groupes emboîtés des vertébrés ; arbre de parenté avec des caractères ou des molécules ; fossiles et formes intermédiaires ; l’espèce humaine parmi les primates.
À propos de cette page
Caractères partagés et parenté
Rappel. En 6e, tu as appris à classer les êtres vivants en groupes emboîtés d’après les attributs qu’ils possèdent, et à lire un arbre de parenté (chapitre « Classification du vivant ») ; au début de la 4e, que les caractères héréditaires sont portés par les gènes (chapitre « Génétique : chromosomes, ADN, gènes et allèles »). On cherche maintenant ce que les caractères partagés disent de la parenté.
Un caractère nouveau apparaît chez un individu, à la suite d’une mutation de son ADN ; il peut alors se transmettre à ses descendants, de génération en génération. Un caractère acquis au cours de la vie (un muscle développé par l’entraînement, une cicatrice) ne modifie pas l’ADN : il ne se transmet pas et ne dit rien de la parenté. Deux espèces qui partagent un caractère hérité l’ont reçu d’un ancêtre commun : c’est un indice de parenté.
Plus deux espèces partagent de caractères hérités, plus leur ancêtre commun est récent, et plus elles sont proches parentes.
Des organes homologues
Des organes sont homologues quand ils ont la même organisation : les mêmes os, à la même place, dans le même ordre, même si leur forme et leur fonction sont différentes. Le membre avant des tétrapodes en est l’exemple type : un os près de l’épaule (l’humérus), puis deux os (le radius et le cubitus), puis les petits os du poignet et ceux des doigts.
| Membre avant | Fonction | Organisation |
|---|---|---|
| bras de l’être humain | saisir | humérus ; radius et cubitus ; poignet ; cinq doigts |
| aile de la chauve-souris | voler | humérus ; radius très long et cubitus réduit ; poignet ; doigts très longs qui tendent la peau de l’aile |
| nageoire de la baleine | nager | humérus, radius et cubitus courts ; poignet ; doigts allongés, enfermés sous la peau |
| patte avant du cheval | courir | humérus ; radius et cubitus soudés ; poignet ; un seul doigt développé, terminé par le sabot |
Cette organisation commune, malgré des fonctions si différentes, s’explique si ces quatre espèces l’ont héritée d’un même ancêtre, qui possédait déjà ce membre : ce sont tous des tétrapodes.
Des ressemblances trompeuses
Deux organes peuvent se ressembler parce qu’ils servent à la même chose, sans avoir la même organisation : l’aile de la libellule est une fine lame sans aucun os, celle de l’aigle est un membre avec un humérus, un radius et un cubitus. Ces ressemblances liées au mode de vie ne sont pas des indices de parenté. Le milieu de vie, le régime alimentaire, la taille, la couleur ou un caractère absent ne le sont pas non plus.
La taupe et la courtilière, un insecte, creusent des galeries avec des pattes avant larges. La patte de la taupe contient un humérus, un radius et un cubitus ; celle de la courtilière est faite de pièces de squelette externe, sans os : ressemblance trompeuse.
La nageoire avant de l’otarie et la patte avant de l’ours n’ont ni la même forme ni la même fonction, mais elles contiennent les mêmes os à la même place : organes homologues.
Réflexe — pour savoir si une ressemblance est un indice de parenté, je compare l’organisation (les os, leur place, leur ordre), pas la fonction ni la forme.
Attention — deux espèces peuvent se ressembler beaucoup (la forme fuselée du thon et celle du phoque) sans être proches, et deux espèces qui se ressemblent peu (la chauve-souris et la baleine) peuvent être proches : on compte des caractères hérités, pas des ressemblances.
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Classer en groupes emboîtés
Chez les vertébrés, on distingue en 4e : vertébrés (squelette interne avec des vertèbres) ⊃ ostéichthyens (squelette osseux) ⊃ tétrapodes (quatre membres) ⊃ amniotes (l’embryon se développe dans une poche pleine de liquide, l’amnios) ⊃ mammifères (poils, mamelles). Les oiseaux (plumes) sont eux aussi des amniotes. Dans les ostéichthyens, les actinoptérygiens (nageoires rayonnées, soutenues par de fins rayons osseux, comme chez le thon) forment un groupe à côté des tétrapodes, sans le chevaucher.
1. Le tableau de caractères. Une ligne par espèce, une colonne par caractère possédé.
| Espèce | vertèbres | squelette osseux | quatre membres | amnios | poils et mamelles |
|---|---|---|---|---|---|
| requin | ✓ | ||||
| thon | ✓ | ✓ | |||
| salamandre | ✓ | ✓ | ✓ | ||
| tortue | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | |
| kangourou | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| taupe | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
2. Les groupes, du plus large au plus précis. Les vertèbres sont partagées par les six espèces : c’est le groupe le plus large. Le squelette osseux réunit toutes les espèces sauf le requin, dont le squelette est en cartilage. Les quatre membres réunissent la salamandre, la tortue, le kangourou et la taupe ; l’amnios, les trois dernières ; les poils et les mamelles, le kangourou et la taupe.
3. Les groupes emboîtés, chacun avec son nom et son caractère :
La taupe est donc à la fois un vertébré, un ostéichthyen, un tétrapode, un amniote et un mammifère. L’ordre du plus large au plus précis suit l’ordre d’apparition des caractères.
L’autruche a des vertèbres, un squelette osseux, quatre membres, un amnios et des plumes : c’est un amniote et un oiseau. Dans les amniotes, le groupe des oiseaux est à côté de celui des mammifères, sans le chevaucher.
Le dromadaire a des poils et des mamelles : c’est un mammifère, donc aussi un amniote, un tétrapode, un ostéichthyen et un vertébré.
Réflexe — tableau de caractères, puis groupes du plus large au plus précis ; une espèce appartient à son plus petit groupe et à tous ceux qui le contiennent.
Attention — un caractère perdu ne fait pas sortir d’un groupe. La vipère n’a pas de pattes, mais les serpents descendent d’ancêtres à quatre membres : c’est un tétrapode et un amniote. Et les « reptiles » ne forment pas un groupe : le crocodile est plus proche parent des oiseaux que du lézard, comme le montrent de nombreux caractères et l’ADN.
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Construire un arbre de parenté
L’espèce qui partage le moins de caractères avec les autres se branche le plus près de la racine. Un ancêtre commun n’est pas une espèce connue : on déduit ses caractères de ceux que partagent tous ses descendants.
On peut aussi comparer des molécules (l’ADN, une protéine) : on compte les différences entre deux espèces ; moins il y en a, plus leur ancêtre commun est récent. Les arbres obtenus avec les molécules confirment le plus souvent ceux des caractères anatomiques. Tous les êtres vivants, des bactéries à l’être humain, ont de l’ADN écrit avec les mêmes quatre lettres : un indice qu’ils descendent tous d’un ancêtre commun très lointain.
Voici l’arbre tiré du tableau du cas précédent ; les repères numérotés indiquent où chaque caractère est apparu.
- Le repère 1 (vertèbres), à la racine, est hérité par les six espèces.
- Le requin se sépare le premier : il ne partage avec les autres que les vertèbres.
- Le repère 5 (poils et mamelles) est sur la dernière branche, juste avant l’ancêtre commun du kangourou et de la taupe : ce sont les deux espèces les plus proches de l’arbre.
Avec des molécules. Voici un même passage d’ADN chez trois espèces X, Y et Z (séquences fictives) :
| Espèce | Passage d’ADN |
|---|---|
| X | ATGGCTCAAGTT |
| Y | ATGGCCCAAGTT |
| Z | ATAGCCCTAGTA |
X et Y diffèrent par 1 lettre, X et Z par 4, Y et Z par 3 : X et Y sont les plus proches, Z s’est séparé avant.
Dans l’arbre ci-dessus, le caractère « amnios » (repère 4) se place juste avant l’ancêtre commun de la tortue, du kangourou et de la taupe, car ce sont les seules espèces qui le possèdent.
La salamandre est plus proche de la tortue que du thon : salamandre et tortue se rejoignent après le repère 3 (quatre membres), salamandre et thon seulement après le repère 2.
Réflexe — je place chaque caractère juste avant l’ancêtre commun de toutes les espèces qui le possèdent, et d’elles seules.
Attention — l’arbre ne dit pas que la taupe « descend » du kangourou ou de la tortue : toutes les espèces actuelles sont au bout des branches, et l’ordre des noms de haut en bas ne compte pas.
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Les fossiles, témoins de l’histoire de la vie
Rappel. Un fossile est un reste ou une trace d’être vivant ancien, conservé dans une roche sédimentaire (chapitre de 6e « Biodiversité actuelle et passée »).
Les fossiles montrent que des espèces sont apparues puis ont disparu (espèces éteintes), et que les grands groupes apparaissent dans l’ordre de l’arbre : les plus anciens fossiles de tétrapodes (plus de 360 Ma) sont plus anciens que ceux des premiers amniotes, eux-mêmes plus anciens que ceux des premiers oiseaux.
Certains fossiles mêlent des caractères de deux groupes : ce sont des formes intermédiaires. Un fossile se place dans l’arbre d’après ses caractères, sur une branche à part.
| Fossile | Caractères |
|---|---|
| Archaeopteryx (≈ 150 Ma) | Plumes et ailes, comme un oiseau ; dents, griffes aux doigts des ailes et longue queue osseuse, comme un petit dinosaure. Premier squelette trouvé en Bavière (Allemagne) en 1861. |
| Tiktaalik (≈ 375 Ma) | Écailles, branchies et nageoires, comme un « poisson » ; mais un cou mobile, des côtes solides et, dans les nageoires avant, des os de bras (épaule, coude, poignet). Découvert au Canada en 2004. |
On place Tiktaalik grâce à ses caractères : il a les os de bras des tétrapodes, mais pas leurs membres à doigts. Sa branche se détache donc entre celle du thon et celle des tétrapodes.
Une couche contenant des empreintes de pas de dinosaures est recouverte par une couche contenant des dents de mammifères : les empreintes sont plus anciennes que les dents.
Archaeopteryx a des plumes, comme les oiseaux, et des dents, comme les dinosaures non aviens : c’est une forme intermédiaire, qui montre que les oiseaux descendent de dinosaures.
Réflexe — pour dater, je regarde la position des couches ; pour placer un fossile, je trie ses caractères : ceux qu’il partage avec un groupe, ceux qui lui manquent encore.
Attention — une forme intermédiaire n’est pas forcément « l’ancêtre » : c’est un cousin proche de l’ancêtre, qui montre à quoi il ressemblait. Et la fossilisation est rare : le plus vieux fossile connu d’un groupe n’est pas le premier individu de ce groupe.
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L’espèce humaine dans l’arbre du vivant
Ses plus proches parents actuels sont le chimpanzé et le bonobo : leur ADN est identique au nôtre à près de 99 % (98,8 %). L’ancêtre commun que nous partageons avec eux vivait en Afrique il y a quelques millions d’années (entre 5 et 8 millions d’années selon les estimations).
L’humain ne descend pas du chimpanzé : ce sont deux branches issues du même nœud.
Le gorille rejoint la branche de l’humain et du chimpanzé à un nœud plus ancien, l’orang-outan plus tôt encore, puis le gibbon. Le macaque (ici le macaque rhésus) et le lémurien, primates mais pas hominoïdes, ont une queue.
Quelques fossiles de la lignée humaine
| Fossile | Âge | Ce qu’il montre |
|---|---|---|
| Toumaï (Tchad, découvert en 2001) | ≈ 7 Ma | proche de l’époque où les lignées humaine et chimpanzé se séparent |
| Lucy, une australopithèque (Éthiopie, 1974) | ≈ 3,2 Ma | marchait sur deux jambes ; cerveau à peine plus gros que celui d’un chimpanzé |
| Homo sapiens de Djebel Irhoud (Maroc) | ≈ 300 000 ans | les plus anciens fossiles attribués à notre espèce |
| Néandertal (Europe, Proche-Orient, Asie centrale) | disparu vers 40 000 ans | une autre espèce humaine, qui a vécu en même temps qu’Homo sapiens |
Entre Toumaï (≈ 7 Ma) et les plus anciens Homo sapiens (≈ 0,3 Ma), il s’écoule environ 7 − 0,3 = 6,7 millions d’années.
Plusieurs espèces humaines ont vécu en même temps : l’évolution humaine ressemble à un buisson aux nombreuses branches éteintes, pas à une file indienne « du singe à l’homme ».
Réflexe — pour situer l’être humain, je liste ses caractères et ses groupes, puis je lis l’arbre comme pour n’importe quelle autre espèce.
Attention — Toumaï et Lucy sont des cousins proches de nos ancêtres ; rien ne prouve qu’ils soient nos ancêtres directs.
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Pour aller plus loin
Ces notions touchent au chapitre, mais elles sont traitées ailleurs ou se verront plus tard.
- Les mutations, source des caractères nouveaux et de la variabilité : chapitre « Génétique : mutations et variabilité ».
- Se verra en 3e : comment les espèces se transforment. Dans une population, les individus sont tous différents ; ceux qui portent un caractère héréditaire avantageux dans leur milieu survivent et se reproduisent davantage, et ce caractère devient plus fréquent au fil des générations : c’est la sélection naturelle, décrite par Charles Darwin en 1859 (De l’origine des espèces). Le hasard joue aussi, surtout dans les petites populations (la dérive génétique), et deux populations isolées longtemps peuvent devenir deux espèces. Exemples : les pinsons des Galápagos, les bactéries résistantes aux antibiotiques, les éléphantes sans défenses. Voir le chapitre « Évolution : sélection naturelle, hasard et nouvelles espèces ».
- Un caractère hérité partagé par deux espèces vient de leur ancêtre commun : c’est un indice de parenté. Des organes homologues ont la même organisation (mêmes os), même si leur fonction diffère ; une ressemblance de fonction ou de mode de vie est trompeuse.
- Groupes emboîtés des vertébrés : vertébrés ⊃ ostéichthyens (squelette osseux) ⊃ tétrapodes (quatre membres) ⊃ amniotes (amnios) ⊃ mammifères (poils, mamelles) ; les oiseaux (plumes) sont des amniotes ; les actinoptérygiens (nageoires rayonnées) sont des ostéichthyens, à côté des tétrapodes.
- Dans un arbre, chaque caractère se place juste avant l’ancêtre commun de toutes les espèces qui le possèdent ; avec des molécules, moins de différences signifie un ancêtre commun plus récent.
- Dans des couches non retournées, la plus basse est la plus ancienne ; une forme intermédiaire (Archaeopteryx, Tiktaalik) mêle des caractères de deux groupes.
- L’être humain est un mammifère, un primate (pouce opposable) et un hominoïde (coccyx) ; ses plus proches parents actuels sont le chimpanzé et le bonobo, avec qui il partage un ancêtre commun : il ne descend pas d’eux.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’un organe homologue ?
Ce sont des organes qui ont la même organisation (les mêmes os, à la même place), même si leur fonction diffère : le bras humain, l’aile de la chauve-souris et la nageoire de la baleine. Cette organisation commune a été héritée d’un ancêtre commun.
Que sont les amniotes ?
Ce sont les tétrapodes dont l’embryon se développe dans une poche remplie de liquide, l’amnios : tortues, lézards, crocodiles, oiseaux et mammifères. Les amphibiens, comme la salamandre, n’en font pas partie.
Comment construire un arbre de parenté ?
On fait le tableau des caractères, on forme les groupes emboîtés, puis chaque groupe devient un nœud (un ancêtre commun). Chaque caractère se place sur la branche juste avant le nœud de son groupe. Avec des molécules, les espèces qui ont le moins de différences sont les plus proches.
Qu’est-ce qu’une forme intermédiaire ?
C’est un fossile qui mêle des caractères de deux groupes : Archaeopteryx a des plumes comme un oiseau et des dents comme un dinosaure ; Tiktaalik a des nageoires de « poisson » avec des os de bras de tétrapode. Ce n’est pas forcément l’ancêtre, mais un proche cousin de l’ancêtre.
L’être humain descend-il du singe ?
Non : l’humain est lui-même un primate et un grand singe. Il ne descend pas du chimpanzé : tous deux descendent d’un ancêtre commun qui vivait en Afrique il y a quelques millions d’années. Le chimpanzé et le bonobo sont nos plus proches parents actuels.
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