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La phylogénie : concepts, méthodes et outils

Paru le 15 Juin 2013 , modifié le 03 Nov 2013 à 14h25. Vu 4082 fois
Catégorie : Les Reptiles Fossiles > Décrypter le passé > La phylogénie 0 Créateur : Eltes
Il existe environ 1,7 million d'espèces coexistant sur la terre, provenant du même ancêtre commun LUCA (Last Universal Common Ancestor). La classification phylogénétique permet d'étudier les liens de parentés entre chacune de ces espèces en les regroupant en taxons (= unité conceptuelle regroupant les organismes vivants possédant en commun certains caractères bien définis) en vue de comprendre leur évolution.
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La notion d'espèce, support de l'étude de la diversité

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Classer le vivant

La notion d'espèce est à la base une notion intuitive. On distingue aisément les crocodiles des tortues par exemple. C'est Carl von Linné qui a mis au point une classification binomiale (on classe les individus selon leur genre puis leur espèce). On a ainsi établi 7 rangs formels, des niveaux hiérarchiques pour classer les êtres vivants :

Règne → Embranchement → Classe → Ordre → Famille → Genre → Espèce

Exemple :

Classification d'Elseya novaeguineae

Cette règle a perdu de son intérêt depuis la classification phylogénétique mais est encore couramment utilisée de nos jours.

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Reconnaitre l'appartenance à une espèce

Une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les individus peuvent effectivement ou potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde, dans des conditions naturelles (Définition d'Ernst Mayr en 1942)

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Evaluer la biodiversité

La biodiversité ou diversité biologique représente la variété du monde vivant. Il s'agit d'évaluation, en effet, chaque année on découvre environ 15 000 nouvelles espèces, tout règnes confondus.

Cette diversité peut cacher certaines relations de parentés. Pour classer les individus en phylogénétique, il faut donc effectuer des études à différentes échelles de taille (anatomiques, moléculaires…).

 

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Organiser la diversité du vivant

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En fonction des plans d'organisation

Les plans d'organisation sont les dispositions des principaux organes et appareils les uns par rapport aux autres. On compare deux être vivants en regardant leur symétrie, leurs organes, leur squelette (interne ou externe) et son organisation, s'il existe un système de métamérisation, le système nerveux (dorsal ou ventral), etc.

Points sensibles :           

  • Le milieu de vie n'est pas utilisable.
  • Il faut être prudent sur certains points : les serpents font partis des tétrapodes même s'ils n'ont pas de pattes, les cétacés font partis des mammifères même s'ils n'ont pas de poils, etc.
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En fonction des développements embryonnaires

La phylogénèse décrit l'histoire évolutive de l'espèce à laquelle appartient un individu donné. L'ontogénèse décrit le développement progressif de cet individu depuis sa conception jusqu'à sa forme mûre, voire jusqu'à sa mort.

Les développements embryonnaire et post-embryonnaire représentent une sorte de raccourci de l'évolution de la vie sur terre comme par exemple le passage de la vie unicellulaire à la vie pluricellulaire / la vie aquatique à la vie terrestre / le développement de 2 à 3 feuillets embryonnaires…

Ainsi le nombre de feuillets embryonnaires vont séparés les Métazoaires diblastiques des Métazoaires triblastiques. Parmi ces derniers on sépare les protostomiens (leur blastopore devient la bouche) des deutérostomiens (leur blastopore devient l'anus)… etc.

gastrulation chez xénopus laevis metazoaire triblastique protostomien 

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En fonction des homologies

Relier les espèces entre-elles selon leurs homologies revient à les relier selon leurs ressemblances.

Attention cependant à ne pas confondre homologies et analogies : les ailes des oiseaux et des libellules sont analogues car elles ont la même fonction mais ne sont pas homologues car elles n'ont pas le même plan d'organisation. :

L'homologie ne regroupe pas la fonction mais les structures, l'organisation, les connexions entre les structures voisines…etc, qui suggèrent une même origine embryologique.

L'analogie est due à une évolution dans un même environnement et non à un ancêtre commun (on parle aussi d'homoplasie).

 

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Les méthodes de classification phylogénétique

La systématique est la science de la classification des taxons. On la nomme phylogénétique quand elle s'applique à réunir les êtres vivants selon leur degré de parenté.

Il s'agit bien de regarder la proximité entre les espèces, sans y insérer la notion de descendance.

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La notion de caractères et leur polarisation

Un caractère est un élément de la description du phénotype ou de génotype pour lequel il y a homologie. Quand on polarise un caractère, on le défini en tant que ancestral (ou primitif) ou dérivé en fonction du groupe d'êtres vivants que l'on veut classer. Les caractères ancestraux seront ceux partagés par tous, les caractères dérivés vont isoler tels ou tels individus par rapport aux autres.

Par exemple : le bourgeon épidermique des oiseaux préfigure l'écaille et certains cependant deviennent des plumes. La plume semble donc dériver de l'écaille. On parle donc de la plume comme caractère dérivé et de l'écaille comme caractère primitif ou ancestral.

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De la matrice de caractères à la construction d'un arbre

On élabore une matrice de caractères ave un échantillon d'espèces données et un certains nombres de caractères choisis. Par convention on note 0 pour un caractère ancestral et 1 pour un caractère dérivé.

Exemple :

 

Cavité   amniotique

Présence de fenêtres   temporales

Moins de 5   doigts à la main

Présence d'une   fenêtre mandibulaire

Os du poignet   en demi-lune

Serpent

1

1

1

0

0

Lézard

1

1

0

0

0

Tortue

1

0

0

0

0

Crocodile

1

1

0

1

0

Dinosaure (Velociraptor)

1

1

1

1

1

Ensuite avec le tableau on élabore tous les arbres possibles. On en élit un en appliquant le principe de parcimonie ; c'est-à-dire que l'arbre doit nécessiter le moins d'hypothèses de transformation possibles (évolution, réversion, etc).

L'arbre issu de notre matrice ci-dessus est :

Arbre phylogénétique

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L'arbre permet de définir des groupes monophylétiques

Un groupe monophylétique (ou clade) est l'unité de base de la classification phylogénétique qui regroupe un ancêtre et l'ensemble de ses descendants.

Les groupes monophylétiques s'opposent aux groupes para-phylétiques fondés sur une similitude héritée d'un ancêtre commun partagé avec d'autres groupes. Par exemple, les reptiles ont un attribut commun, l'amnios, mais il est également partagé avec les mammifères et les oiseaux.

La phylogénétique est très malléable est comprend un univers des possibles indéfini. Avec les nouvelles avancées scientifiques, il semblerait qu'il faille supprimer les taxons « reptile » et « poisson » qui doivent être remaniés selon des nouveaux critères génétiques et d'évolution.

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