Transformisme et évolutionniste
Classification phylogénétique, cladistique, phénétique

La notion d'espèces et leurs classifications a toujours posé un problème de taille aux sciences de la nature.

• D'une part, qu'est ce qui définit 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. » Ernst Mayr.

• Quels sont les différents critères qui permettent de classer les espèces ?

Critères de classification

Les premières classifications ont été morphologiques (notions d'espèces et homologie) et la théorie de l'évolution est venue bouleverser le bel ensemble de l'échelle des êtres.

1. Après les embryologistes comme Karl Ernst von Baer (1792-1876) et les évolutionnistes du XIXe siècle comme Darwin et Haeckel, la génétique s'en est mêlée pour essayer de définir plus fidèlement les liens de parenté et l'évolution biologique.

Jusqu'en 1980 et la découverte des gènes du développement embryonnaire, trois sciences se sont développées de manière plus ou moins indépendante :

• la génétique formelle qui, au départ, pensait qu'à un gène correspondait un caractère,
• l'embryologie expérimentale qui transplantait des cellules embryonnaires d'une région à une autre pour étudier les relations entre développement et environnement embryonnaire,
• la taxi ou taxonomie qui dériva vers la cladistique et la phénétique.

Un taxon (du grec taxis, « placement », « mise en ordre ») est une entité conceptuelle qui est censée regrouper tous les organismes vivants possédant en commun certains caractères taxinomiques ou diagnostiques bien définis. Wikipedia

2. En 1980, on découvrit le gène Antennapedia (gène homéotique HOX) qui remplace les antennes de la drosophile par des pattes : on fit le lien entre lien entre certains gènes et le développement embryonnaire (gènes de développement et systématique génétique).

Classification phylogénétique

A ce niveau de réflexion, il ne faut pas confondre la phylogénie et la généalogie (Phylogène 2021).

• « Une généalogie permet de répondre à la question « qui descend de qui ? » La phylogénie permet de répondre à la question « qui est plus proche de qui ?», elle traduit des relations de parenté (des degrés relatifs d'apparentement).
• Dans un arbre généalogique, les branches relient des individus bien identifiés : elles correspondent à des liens génétiques d'ancêtre à descendant. Dans un arbre phylogénétique, seule l'extrémité des branches porte des individus identifiés et les branches relient des ancêtres hypothétiques à ces individus. Elles portent les innovations évolutives produites par ces ancêtres. Chaque branche est à l'origine d'un groupe, et ces innovations constituent donc autant d'arguments qui définissent l'existence, la pertinence phylogénétique du groupe.
• Déterminer une généalogie n'est possible, rappelons-le, qua si l'on possède des données rétrospectives (des registres d'état civil pour les généalogies humaines). Une généalogie est donc une représentation directe du passé. La phylogénie utilise des données actuelles : à partir de la comparaison des différents descendants, elle s'emploie à reconstituer le passé. Même si, pour Darwin, il ne faisait pas de doute que le registre d'état civil permettant d'identifier individuellement les ancêtres resterait à jamais inaccessible, il employa le terme " généalogie ". En effet, lors de la parution de l'origine des espèces en 1859, il ne disposait pas du mot " phylogénie ", qui fut forgé plus tard par Ernst Haeckel, en 1866. Darwin parlait donc de " généalogie " comme nous parlerions aujourd'hui de " phylogénie ". » Comprendre et enseigner la classification du vivant par André Giordan.

Cladistique

1. C'est Willi Hennig (1913-1976) qui propose cette classification des espèces dans son ouvrage publié en 1950, " Theorie der phylogenetischen Systematik ", Fondements d'une théorie de la systématique phylogénétique.

• Il pousse la théorie de Darwin à son terme en ne rangeant pas les espèces suivant leurs caractéristiques morphologiques qui peuvent converger, mais sur leur relation de parenté pour trouver un ancêtre commun.
• Il regroupe les espèces sur des caractères morphologiques communs et se base sur cette notion d'homologie pour chercher un ancêtre commun chez qui cette particularité est apparue. Par exemple, les plumes sont dérivées des écailles reptiliennes.
• Il emploie le principe de parcimonie : on prend l'hypothèse qui emploie le minimum de nouveautés évolutives.

On emploie alors des méthodes mathématiques pour définir des matrices de caractères pour déterminer la phylogénie.

2. Prenons un exemple avec trois critères pour trouver une relation phylogénétique entre des espèces (chat, homme, crocodile, perroquet, iguane et grenouille) :

• les poils : chat, homme ;
• le gésier : crocodile, perroquet ;
• l'amnios : chat, homme, crocodile, perroquet, iguane.

a. On trouve donc des groupes :

• monophylétiques, holophylétiques ou clades, groupes qui correspondent à un ancêtre commun et ses descendants, c'est-à-dire, ceux qui partagent un nouveau caractère évolutif ( synapomorphie), qui distinguent les organismes du clade des autres organismes.
• paraphylétiques, groupes qui correspondent au dernier ancêtre commun du groupe et de la plupart de ses descendants, mais exclut un ou plusieurs sous-groupes ( homologie).

b. Les fossiles ne sont pas considérés comme des ancêtres, mais sont placés de la même manière que les espèces vivantes actuelles selon les nouveautés évolutives qui les caractérisent. Nous pouvons dire que tous progrès est relatif et que la notion de " saut adaptatif " dépend de quel côté on se place.

• Les dinosaures n'ont pas disparu car les oiseaux sont des dinosaures.
• Les poissons, comme ils sont décrits classiquement, n'existent pas.

3. A côté des homologies, on trouve des analogies, i.e. évolution indépendante de caractéristiques similaires chez des espèces de périodes ou d'époques différentes.

• La polyphylie est le plus souvent appliqué à des groupes partageant des caractéristiques similaires appelées homoplasie, qui s'expliquent par une évolution convergente.
• Elles sont souvent liées à une adaptation au milieu comme la morphologie des animaux marins ou des ailes des oiseaux et des mammifères.

Phénétique et phylogénie moléculaire

La phénétique repose sur le postulat de base que le degré de ressemblance est corrélé au degré de parenté. Elle suppose donc de quantifier la ressemblance entre les êtres vivants à classer ((phénétique et cladistique).

Les relations de parenté sont basées sur le nombre de caractères communs partagés par des organismes ou des molécules, indépendamment de toute notion d'homologie : plus ce nombre de caractères communs est important et plus l'ancêtre commun est récent.

La phylogénétique moléculaire est l'utilisation de séquences de macromolécules biologiques pour obtenir des informations sur l'histoire évolutive des organismes vivants, et notamment sur leurs liens de parenté (leur phylogénie)

Cette méthode n'est pas valable pour les caractères morphologiques qui peuvent être analogiques, mais est beaucoup plus pertinente sur des caractères moléculaires (cladistique versus phénétique).

Cette classification se fait suivant les données moléculaires : ADN, ARN et protéines comme l'hémoglobine ou l'énolase par exemple (phylogénie moléculaire).

Les résultats sont représentés par un arbre phylogénétique ou phénogramme, où la longueur des branches dépend de la distance génétique et représente donc le degré de parenté entre les taxons étudiés (la classification des espèces).

On utilise des outils mathématiques puissants pour effectuer une analyse comparative.

Gènes de développement et systématique génétique