PHYLOGÉNIE: INTERPRÉTATION, TYPES D'ARBRES, APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Une phylogénie, en biologie évolutive, est une représentation de l'histoire évolutive d'un groupe d'organismes ou d'une espèce, mettant l'accent sur la filiation et les relations de parenté entre les groupes.

Aujourd'hui, les biologistes ont principalement utilisé des données de morphologie et d'anatomie comparées et de séquences génétiques pour reconstruire des milliers et des milliers d'arbres.

Source: Wilson JEM Costa, via Wikimedia Commons

Ces arbres cherchent à décrire l'histoire évolutive des différentes espèces d'animaux, de plantes, de microbes et d'autres êtres organiques qui peuplent la terre.

L'analogie avec l'arbre de vie date de l'époque de Charles Darwin. Ce brillant naturaliste britannique capture dans le chef-d'œuvre "L'Origine des espèces" une seule image: un "arbre" qui représente la ramification des lignées, à partir d'un ancêtre commun.

Qu'est-ce qu'une phylogénie?

À la lumière des sciences biologiques, l'un des événements les plus étonnants qui se soit produit est l'évolution. Ledit changement des formes organiques au cours du temps peut être représenté dans un arbre phylogénétique. Par conséquent, la phylogénie exprime l'histoire des lignées et comment elles ont évolué au fil du temps.

L'une des implications directes de ce graphique est l'ascendance commune. Autrement dit, tous les organismes que nous voyons aujourd'hui ont émergé en tant que descendants avec des modifications des formes passées. Cette idée a été l'une des plus importantes de l'histoire de la science.

Toutes les formes de vie que nous pouvons apprécier aujourd'hui - des bactéries microscopiques aux plantes et aux plus gros vertébrés - sont connectées et cette relation est représentée dans le vaste et complexe arbre de la vie.

Dans l'analogie de l'arbre, les espèces qui vivent aujourd'hui représenteraient les feuilles et le reste des branches serait leur histoire évolutive.

Qu'est-ce qu'un arbre phylogénétique?

Une phylogénie simplifiée des métazoaires est présentée. Pour certains groupes, une représentation schématique est associée pour certains des types d'yeux qu'ils peuvent présenter: Coupe, Caméra avec trou d'entrée de lumière, Caméra avec objectif, Composite par apposition et Composé par superposition. Laura bibiana, de Wikimedia Commons

Un arbre phylogénétique est une représentation graphique de l'histoire évolutive d'un groupe d'organismes. Ce modèle de relations historiques est la phylogénie que les chercheurs tentent d'estimer.

Les arbres sont constitués de nœuds qui connectent les «branches». Les nœuds terminaux de chaque branche sont les taxons terminaux et représentent les séquences ou les organismes pour lesquels des données sont connues - il peut s'agir d'espèces vivantes ou éteintes.

Les nœuds internes représentent des ancêtres hypothétiques, tandis que l'ancêtre trouvé à la racine de l'arbre représente l'ancêtre de toutes les séquences représentées dans le graphe.

Comment les arbres phylogénétiques sont-ils interprétés?

Il existe de nombreuses façons de représenter un arbre phylogénétique. Il est donc important de savoir reconnaître si ces différences observées entre deux arbres sont dues à des topologies différentes - c'est-à-dire à des différences réelles correspondant à deux orthographes - ou simplement à des différences liées au style de représentation.

Par exemple, l'ordre d'apparition des étiquettes en haut peut varier, sans modifier la signification de la représentation graphique, généralement le nom de l'espèce, du genre, de la famille, entre autres catégories.

Cela se produit parce que les arbres ressemblent à un mobile, où les branches peuvent tourner sans changer la relation des espèces représentées.

En ce sens, peu importe le nombre de fois que l'ordre est changé ou les objets qui sont «suspendus» sont tournés, car cela ne change pas la façon dont ils sont connectés - et c'est la chose importante.

Comment les phylogénies sont-elles reconstruites?

Les phylogénies sont des hypothèses formulées sur la base de preuves indirectes. Elucider une phylogénie est similaire au travail d'un enquêteur résolvant un crime en suivant les indices de la scène du crime.

Les biologistes postulent souvent leurs phylogénies en utilisant les connaissances de diverses branches, telles que la paléontologie, l'anatomie comparée, l'embryologie comparative et la biologie moléculaire.

Les archives fossiles, bien qu'incomplètes, fournissent des informations très précieuses sur les temps de divergence des groupes d'espèces.

Avec le temps, la biologie moléculaire a dépassé tous les domaines mentionnés, et la plupart des phylogénies sont déduites de données moléculaires.

L'objectif de la reconstruction d'un arbre phylogénétique présente un certain nombre d'inconvénients majeurs. Il existe environ 1,8 million d'espèces nommées et bien d'autres sans être décrites.

Et, bien qu'un nombre important de scientifiques s'efforce chaque jour de reconstruire les relations entre les espèces, il n'y a toujours pas d'arbre complet.

Personnages homologues

Lorsque les biologistes souhaitent décrire les similitudes entre deux structures ou processus, ils peuvent le faire en termes d'ascendance commune (homologies), d'analogies (fonction) ou d'homoplasie (ressemblance morphologique).

Pour reconstruire une phylogénie, on utilise exclusivement des caractères homologues. L'homologie est un concept clé dans l'évolution et dans la recréation des relations entre les espèces, car elle seule reflète adéquatement l'ascendance commune des organismes.

Supposons que nous voulions déduire la phylogénie de trois groupes: les oiseaux, les chauves-souris et les humains. Pour atteindre notre objectif, nous avons décidé d'utiliser les membres supérieurs comme une caractéristique qui nous aide à discerner le schéma des relations.

Étant donné que les oiseaux et les chauves-souris ont modifié leurs structures de vol, nous pourrions conclure à tort que les chauves-souris et les oiseaux sont plus liés les uns aux autres que les chauves-souris aux humains. Pourquoi sommes-nous arrivés à la mauvaise conclusion? Parce que nous avons utilisé un caractère analogue et non homologue.

Pour trouver la bonne relation, je dois rechercher un caractère homologue, comme la présence de cheveux, de glandes mammaires et de trois petits os dans l'oreille moyenne - pour n'en nommer que quelques-uns. Cependant, les homologies ne sont pas faciles à diagnostiquer.

Types d'arbres

Tous les arbres ne sont pas identiques, il existe des représentations graphiques différentes et chacun parvient à incorporer une caractéristique particulière de l'évolution du groupe.

Les arbres les plus élémentaires sont les cladogrammes. Ces graphiques affichent les relations en termes d'ascendance commune (selon les ancêtres communs les plus récents).

Les arbres additifs contiennent des informations supplémentaires et sont représentés dans la longueur des branches.

Les nombres associés à chaque branche correspondent à un attribut de la séquence - comme la quantité de changement évolutif que les organismes ont subi. En plus des "arbres additifs", ils sont également appelés arbres métriques ou phylogrammes.

Les arbres ultramétriques, également appelés dendogrammes, sont un cas particulier des arbres additifs, où les extrémités de l'arbre sont équidistantes de la racine à l'arbre.

Ces deux dernières variantes ont toutes les données que l'on peut trouver dans un cladogramme, et des informations supplémentaires. Par conséquent, ils ne sont pas exclusifs, voire complémentaires.

Politomies

Plusieurs fois, les nœuds des arbres ne sont pas entièrement résolus. Visuellement, on dit qu'il y a polytomie, lorsque plus de trois branches émergent d'une nouvelle (il y a un seul ancêtre pour plus de deux descendants immédiats). Lorsqu'un arbre n'a pas de polytomies, on dit qu'il est entièrement résolu.

Il existe deux types de polytomies. Les premiers sont les polytomies «dures». Celles-ci sont intrinsèques au groupe d'étude et indiquent que les descendants ont évolué en même temps. En variante, les polytomies «douces» indiquent des relations non résolues causées par les données en soi.

Classification évolutive

Lignées monophylétiques

Les biologistes évolutionnistes cherchent à trouver une classification qui correspond au modèle de ramification de l'histoire phylogénétique des groupes. Dans ce processus, une série de termes largement utilisés en biologie évolutive ont été développés: monophylétique, paraphylétique et polyphylétique.

Un taxon ou une lignée monophylétique est celui qui comprend une espèce ancestrale, qui est représentée dans le nœud, et tous ses descendants, mais pas les autres espèces. Ce groupement est appelé un clade.

Les lignées monophylétiques sont définies à chaque niveau de la hiérarchie taxonomique. Par exemple, la famille Felidae, une lignée qui contient des félins (y compris des chats domestiques), est considérée comme monophylétique.

De même, Animalia est également un taxon monophylétique. Comme nous pouvons le voir, la famille des Felidae fait partie de l'Animalia, de sorte que les groupes monophylétiques peuvent être imbriqués.

Lignées paraphylétiques et polyphylétiques

Cependant, tous les biologistes ne partagent pas une pensée de classification cladistique. Dans les cas où les données ne sont pas complètes ou simplement pour des raisons de commodité, certains taxons sont nommés qui incluent des espèces de différents clades ou des taxons supérieurs qui ne partagent pas d'ancêtre commun plus récent.

De cette manière, un taxon est polyphylétique, il est défini comme un groupe qui comprend des organismes de différents clades, et ceux-ci ne partagent pas un ancêtre commun. Par exemple, si nous voulons désigner un groupe d'homéothermes, cela inclurait les oiseaux et les mammifères.

En revanche, un groupe paraphylétique ne contient pas tous les descendants de l'ancêtre commun le plus récent. En d'autres termes, il exclut certains des membres du groupe. L'exemple le plus utilisé est celui des reptiles, ce groupe ne contient pas tous les descendants de l'ancêtre commun le plus récent: les oiseaux.

Applications

En plus de contribuer à la tâche difficile d'élucider l'arbre de vie, les phylogénies ont également des applications assez importantes.

Dans le domaine médical, les phylogénies sont utilisées pour retracer l'origine et les taux de transmission de maladies infectieuses, telles que le sida, la dengue et la grippe.

Ils sont également utilisés dans le domaine de la biologie de la conservation. La connaissance de la phylogénie d'une espèce menacée est essentielle pour suivre les modèles de croisement et le niveau d'hybridation et de consanguinité entre les individus.

Références

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