ARBRE PHYLOGÉNÉTIQUE: TYPES ET LEURS CARACTÉRISTIQUES, EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

Un arbre phylogénétique est une représentation graphique mathématique de l'histoire et des relations ancêtres-descendants de groupes, de populations, d'espèces ou de toute autre catégorie taxonomique. Théoriquement, tous les arbres phylogénétiques peuvent être regroupés dans l'arbre de vie, constituant l'arbre universel.

Ces représentations graphiques ont révolutionné l'étude de la biologie évolutive, puisqu'elles permettent d'établir et de définir une espèce, de tester diverses hypothèses évolutives (comme la théorie endosymbiotique), d'évaluer l'origine de maladies (comme le VIH), etc.

Source: John Gould (14 septembre 1804 - 3 février 1881)

Les arbres peuvent être reconstruits en utilisant des caractères morphologiques ou moléculaires, ou les deux. De la même manière, il existe différentes méthodes pour les construire, la plus courante étant la méthodologie cladiste. Cela cherche à identifier les caractères dérivés partagés, connus sous le nom de synapomorphie.

caractéristiques

L'un des principes développés par Charles Darwin est l'ascendance commune de tous les organismes vivants - c'est-à-dire que nous partageons tous un ancêtre éloigné.

Dans «L'Origine des espèces», Darwin élève la métaphore de «l'arbre de vie». En fait, il utilise un arbre graphique hypothétique pour développer son idée (curieusement, c'est la seule illustration de l'Origine).

La représentation de cette métaphore est ce que nous appelons les arbres phylogénétiques, qui nous permettent d'afficher graphiquement l'histoire et les relations d'un groupe spécifique d'organismes.

Anatomie d'un arbre phylogénétique

Dans les arbres phylogénétiques, on peut distinguer les parties suivantes - en poursuivant par l'analogie botanique:

Branches: les lignes de l'arbre sont appelées «branches» et représentent les populations étudiées au fil du temps. Selon le type d'arbre (voir ci-dessous), la longueur de la branche peut avoir ou non un sens.

Au bout des branches, nous trouvons les organismes que nous voulons évaluer. Il peut s'agir d'entités actuellement vivantes ou d'êtres éteints. L'espèce serait les feuilles de notre arbre.

Racine: la racine est la branche la plus ancienne de l'arbre. Certains l'ont et sont appelés arbres enracinés, tandis que d'autres n'en ont pas.

Nœuds: les points de branchement des branches de deux lignées ou plus sont appelés nœuds. Le point représente l'ancêtre commun le plus récent des groupes descendants (notez que ces ancêtres sont hypothétiques).

L'existence d'un nœud implique un événement de spéciation - la création de nouvelles espèces. Après cela, chaque espèce suit son cours évolutif.

Terminologie supplémentaire

En plus de ces trois concepts de base, il existe d'autres termes nécessaires en ce qui concerne les arbres phylogénétiques:

Politomie: lorsqu'un arbre phylogénétique a plus de deux branches dans un nœud, on dit qu'il y a polytomie. Dans ces cas, l'arbre phylogénétique n'est pas entièrement résolu, car les relations entre les organismes impliqués ne sont pas claires. Cela se produit souvent en raison d'un manque de données et ne peut être corrigé que lorsqu'un chercheur en accumule davantage.

Groupe externe: dans les problèmes phylogénétiques, il est courant d'entendre le concept de groupe externe - également appelé groupe externe. Ce groupe est sélectionné pour pouvoir rooter l'arbre. Il doit être choisi comme taxon qui s'écartait auparavant du groupe d'étude. Par exemple, si j'étudie les échinodermes, vous pouvez dissocier les jets de mer.

Les types

Il existe trois types d'arbres de base: les cladogrammes, les arbres additifs et les arbres ultramétriques.

Les cladogrammes sont les arbres les plus simples et montrent la relation des organismes en termes d'ascendance commune. Les informations de ce type d'arbre résident dans les schémas de ramification, car la taille des branches n'a pas de signification supplémentaire.

Le deuxième type d'arbre est l'additif, également appelé arbres métriques ou phylogrammes. La longueur des branches est liée à la quantité de changement évolutif.

Enfin, nous avons des arbres ultramétriques ou des dendogrammes, où toutes les pointes des arbres sont à la même distance (ce qui n'est pas le cas dans le phylogramme, où une pointe peut apparaître plus basse ou plus haute que son partenaire). La longueur de la branche est liée au temps évolutif.

Le choix de l'arbre est directement lié à la question évolutive à laquelle nous voulons répondre. Par exemple, si nous nous intéressons uniquement aux relations entre individus, un cladogramme suffira à l'étude.

Erreurs les plus courantes lors de la lecture des arbres phylogénétiques

Bien que les arbres phylogénétiques soient souvent des graphiques largement utilisés en biologie évolutionniste (et en biologie générale), de nombreux étudiants et professionnels interprètent mal le message que ces graphiques apparemment simples sont destinés à transmettre au lecteur.

Il n'y a pas de coffre

La première erreur est de les lire de côté, en supposant que l'évolution implique le progrès. Si nous comprenons correctement le processus évolutif, il n'y a aucune raison de penser que les espèces ancestrales sont à gauche et les espèces les plus avancées à droite.

Bien que l'analogie botanique d'un arbre soit très utile, il arrive un moment où elle n'est plus aussi exacte. Il existe une structure arborescente cruciale qui n'est pas présente dans l'arbre: le tronc. Dans les arbres phylogénétiques, nous ne trouvons aucune branche principale.

Plus précisément, certaines personnes pourraient considérer l'homme comme le «but» ultime de l'évolution, et par conséquent l'espèce Homo sapiens devrait toujours être localisée comme l'entité finale.

Cependant, ce point de vue n'est pas conforme aux principes évolutionnistes. Si nous comprenons que les arbres phylogénétiques sont des éléments mobiles, nous pouvons placer Homo dans n'importe quelle position terminale de l'arbre, puisque cette caractéristique n'est pas pertinente dans la représentation.

Les nœuds peuvent pivoter

Une caractéristique vitale que nous devons comprendre sur les arbres phylogénétiques est qu'ils représentent des graphes non statiques.

En eux, toutes ces branches peuvent tourner - de la même manière qu'un mobile peut. Nous ne voulons pas dire que nous pouvons déplacer les branches à volonté, car certains mouvements impliqueraient de changer le motif ou la topologie de l'arbre. Ce que nous pouvons faire pivoter, ce sont les nœuds.

Pour interpréter le message d'un arbre, il ne faut pas se concentrer sur les pointes des branches, il faut se concentrer sur les points de branche, qui sont l'aspect le plus important du graphe.

De plus, nous devons garder à l'esprit qu'il existe plusieurs façons de dessiner un arbre. Cela dépend souvent du style du livre ou du magazine et les changements dans la forme et la position des branches n'affectent pas les informations qu'ils veulent nous transmettre.

On ne peut pas en déduire l'existence d'espèces ancestrales ou "anciennes" actuelles

Lorsque nous allons parler d'espèces actuelles, nous ne devons pas leur appliquer de connotations ancestrales. Par exemple, lorsque nous pensons aux relations entre les chimpanzés et les humains, nous pouvons mal comprendre que les chimpanzés sont ancestraux de notre lignée.

Cependant, l'ancêtre commun des chimpanzés et des humains n'était ni l'un ni l'autre. Penser que le chimpanzé est ancestral reviendrait à supposer que son évolution s'est arrêtée une fois les deux lignées séparées.

Suivant la même logique de ces idées, un arbre phylogénétique ne nous dit pas non plus s'il y a des espèces jeunes. Comme les fréquences alléliques changent constamment et que de nouveaux caractères changent avec le temps, il est difficile de déterminer l'âge d'une espèce et, certainement, un arbre ne nous donne pas une telle information.

Le «changement des fréquences alléliques au fil du temps» est la façon dont la génétique des populations définit l'évolution.

Ils sont immuables

En regardant un arbre phylogénétique, nous devons comprendre que ce graphique est simplement une hypothèse générée à partir de preuves concrètes. Il se peut que si nous ajoutons plus de caractères à l'arborescence, cela modifiera sa topologie.

L'expertise des scientifiques dans le choix des meilleurs personnages pour élucider les relations entre les organismes en question est essentielle. De plus, il existe des outils statistiques très puissants qui permettent aux chercheurs d'évaluer les arbres et de choisir le plus plausible.

Exemples

Les trois domaines de la vie: les archées, les bactéries et l'eucarya

En 1977, le chercheur Carl Woese a proposé de regrouper les organismes vivants en trois domaines: les archées, les bactéries et les eucarya. Ce nouveau système de classification (il n'y avait auparavant que deux catégories, Eukaryota et Prokaryota) était basé sur le marqueur moléculaire de l'ARN ribosomal.

Les bactéries et les eucaryotes sont des organismes largement connus. Les archées sont souvent confondues avec des bactéries. Cependant, ceux-ci diffèrent profondément dans la structure de leurs composants cellulaires.

Par conséquent, bien qu'ils soient des organismes microscopiques comme des bactéries, les membres du domaine des archées sont plus étroitement liés aux eucaryotes - car ils partagent un ancêtre commun plus proche.

Source: Préparé par Mariana Gelambi.

Phylogénie des primates

Au sein de la biologie évolutionniste, l'un des sujets les plus controversés est l'évolution de l'homme. Pour les opposants à cette théorie, une évolution à partir d'un ancêtre semblable à un singe qui a donné naissance à l'homme moderne n'est pas logique.

Un concept clé est de comprendre que nous n'avons pas évolué à partir des singes actuels, mais que nous avons plutôt partagé un ancêtre commun avec eux. Dans l'arbre des singes et des humains, il ressort que ce que nous appelons "singe" n'est pas un groupe monophylétique valide, car il exclut les humains.

Source: Préparé par Mariana Gelambi.

Phylogénie des cétartiodactyles (Cetartiodactyla)

Du point de vue de l'évolution, les cétacés représentaient un groupe de vertébrés dont les relations avec le reste de leurs camarades mammifères n'étaient pas très claires. Morphologiquement, les baleines, les dauphins et les autres membres ressemblent peu aux autres mammifères.

Actuellement, grâce à l'étude de différents caractères morphologiques et moléculaires, il a été possible de conclure que le groupe frère des grands cétacés est formé par les artiodactyles - des ongulés aux sabots égaux.

Source: Préparé par Mariana Gelambi.

Références

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