Les mystères de la phylogénie...

Cet article est une reprise d’un article présent sur mon autre blog : http://nicobola.skyrock.com . Du coup beaucoup de liens dans l’articles réfèrent à mon autre blog.

Il est temps d’expliquer pourquoi ce blog porte ce nom : « les poissons n’existent pas » même si cela sera détaillé plus en détail pour les « poissons » eux même, je vais me permettre de parler d’un sujet assez particulier de la biologie : la phylogénie. Et en phylogénie,  le terme « poisson » n’a simplement aucune signification biologique! "non mais ho! poisson ça a une signification voyons!" Ben non et je vais vous expliquer pourquoi!

En biologie on fait pas de la classification au feeling! Bon ok, on l'a fait pendant un certain temps. Mais Aujourd'hui ce n'est plus le cas. Pour classer des organismes il faut les caractériser. On caractérise un groupe par la présence d'un caractère. Ça parait évident mais vous verrez que c'est subtil. Alors, première question, par quoi caractérise t-on les invertébrés? "Ben par l'absence de vertèbre". Ha mais non! L'absence de vertèbres n'est pas une caractéristique mais une absence de caractéristique! Et je vous ferais remarquer que l'ordinateur (ou le téléphone pour ceux qui sont plus "hight tech") que vous regardez en ce moment même n'a pas de vertèbres! C'est donc un invertébré! Or il y a plus de raison de classer l'abeille avec les mammifères plutôt qu'avec les ordinateurs (ou les I-phone). Comme quoi quand on définit quelque chose par ce qu'il n'a pas on créé des classes très bizarres. "Ha mais oui, répondrez vous, mais un invertébré c'est un animal or les objets informatiques n'en sont pas!". Oui mais au sein des animaux les invertébrés n'ont pas plus de sens: l'ascidie est par exemple plus proche des vertébrés que des éponges. Il n'y a donc pas de raison de les mettre ensemble.

A gauche une éponge. En haut à droite un schéma d'une larve d'ascidie. En bas à droite des têtards. Il n'y a pas de raison de mettre ensemble l'ascidie et l'éponge (cadre rouge) plutôt que le têtard (grenouille) et l'ascidie (cadre bleu = chordés).

Admettons que vous acceptiez alors ce que je vous raconte, vous me direz alors "ha oui mais les poissons? c'est pas défini négativement! c'est défini par la présence de nageoires!". En fait le raisonnement est exactement le même, même si ça paraît plus subtil. Lorsqu'on observe les nageoires des poissons, on constate que certaines sont plus proches des membres de tétrapodes (vertébrés terrestres) comme la nageoire du cœlacanthe. En fait, les membres des vertébrés terrestres (parlons de pattes) sont des nageoires très modifiées. Et que ce passe-t-il si on parle de nageoires en opposition à la patte? Et bien on construit une classe nageoire à laquelle on exclu la patte parce qu'elle est trop modifiée. Les poissons sont donc des vertébrés auxquels on retire le groupe des vertébrés terrestres parce-que les vertébrés terrestres seraient trop différents (au nom de quoi?). Donc les poissons ne sont pas mieux définit que les invertébrés. La nageoire est donc un état dit primitif (ou plésiomorphe) et la patte est un état dérivé (ou apomorphe). Les poissons sont un groupe paraphylétique car définit sur un caractère primitif : ce sont des vertébrés à nageoires, ce qui équivaut à dire que ce sont des vertébrés sans membres chiridiens. Les tétrapodes (ou vertébrés terrestres) sont définis par un caractère dérivé ils représentent donc un groupe monophylétique, un bon groupe en biologie.

Une illustration comparant le membre des "poissons" et de fossiles proches des tétrapodes au membre des tétrapodes actuels (entourés en rouge). Remarquez que les membres représentés ont à leur base un seul os, l'humérus, ce qui n'est pas le cas de la nageoire de la plupart des autres "poissons" (du coup les guillemets c'est pour dire que "poisson" ça existe pas ! ). Source de l'image ici.

Oui bon, c'est de la classification tout ça, et la biologie là dedans ? Ben c'est facile à remplacer ! La théorie de l'évolution, classiquement formulée, considère que les caractères partagés des organismes sont hérités d'un ancêtre commun. Imaginons que l'espèce humaine perdure et se diversifie (ce dont on peut douter, c'est un exemple purement théorique) peut-on imaginer qu'un jour les descendants des humains ne soient pas des mammifères? Évidement que non! Un organisme, aussi dérivé soit-il doit rester dans son groupe. Mais alors, si ses caractères changent trop? Et bien ce n'est pas une raison de changer l'organisme de classe. En fait les tétrapodes ont toujours des nageoires mais sous la forme de pattes! Un groupe monophylétique c'est donc un groupe définit sur un caractère dérivé propre : un caractère hérité d'un ancêtre commun! Et donc le mystère de cette classification c'est l'évolution! (Qui n'est plus vraiment un mystère, même s'il y a encore du boulot là dedans).

Il y a un autre problème encore, le problème des caractères qui se perdent ou réversions. Par exemple les serpents n'ont plus de pattes. Et bien? On l'a dit, ils ne peuvent pas sortir de leur groupe, ça reste des tétrapodes. Oui mais, à partir de quoi peut-on le dire? Et bien les serpents ont des caractéristiques d'amniotes, de diapsides, de squamates (lézards), or tous ces groupes sont inclus dans les tétrapodes ! Les serpents sont donc des tétrapodes quand même. Comprenez bien qu'en fait pour faire une classification il faut comparer les caractères : c'est la méthode cladistique. Rajoutons pour interpréter ça qu'on peut toujours considérer, évolutivement, que les serpents ont toujours des pattes. Mais tellement petites (et donc dérivées) qu'on ne les voit plus. D'ailleurs certains serpents ont des vestiges de pattes et on a des fossiles de serpents à pattes, ce dont on s'attendait fortement à trouver.

Représentation d'un serpent fossile à pattes : Pachyrhachis problematicus. Les pattes sont en arrière-plan. Comme quoi les serpents sont bien des tétrapodes, mais même si sans ce fossile on le savait.

Ha et encore un souci: certains caractères apparaissent plusieurs fois dans l'évolution comme par exemple le panache des phoronidiens et des sabelles ou l'aile des oiseaux et des chauves souris. On peut regarder ces deux types d'ailes et montrer qu'elles sont très différentes : l'une est recouverte de plumes, l'autre d'une membrane de peau. L’une est soutenue par l'ensemble de la patte (oiseaux), l'autre par la main (chauves souris). Mais parfois même à l'œil on ne fait pas la différence. Et bien comme avec les serpents, c'est en comparant avec les autres caractères qu'on va pouvoir décider! Ces caractères qui apparaissent plusieurs fois indépendamment dans l'évolution sont appelés convergences. L'ancêtre des chauves-souris et des oiseaux n'avait pas d'ailes. On ne doit donc pas les regrouper dans une même classe. Faire ça revient à faire un groupe polyphylétique.

Comparaison du panache d'un phoronidien à droite et du panache d'une sabelle à gauche. Pourtant ces deux panaches bien que ressemblant sont organisés de manière très différente.

Au final, en respectant tout ça on a fait une classification phylogénétique, c'est à dire une classification évolutive. Mais attention, ce n'est pas une généalogie ! On cherche bien "qui est plus proche de qui" et surtout pas "qui descend de qui" (au grand jamais pauvres fous!), même avec les fossiles! Une classification phylogénétique est donc basée sur des groupes monophylétiques seulement, c'est à dire des groupes soutenus par au moins une synapomorphie (ou caractère dérivé ou caractère partagé propre) : des groupes comprenant un ancêtre et tous ses descendants. Les groupes paraphylétiques comme les poissons ? A la poubelle ! Et c'est sans appel ! Les groupes polyphylétiques ? Pareil, tout ce qu'on veut ce sont des groupes MONOPHYLETIQUES!

Ha évidement on peut aussi utiliser l'ADN pour faire des classifications, mais tout ça reste bien moins accessible à l'intuition mais voici une conférence intéressante tenue au collège de France qui parle méthodes probabilistes et aussi un peu de cladistique : Nicolas Galtier : Molécules et morphologie n°1 : Les méthodes probabilistes en phylogénie moléculaire : fondements, usages et controverses.
Au passage je ne suis pas tout à fait d’accord avec la conclusion, pour ceux qui ont suivi jusqu'au bout et bien compris: faire de la phylogénie n'est pas forcément faire de la cladistique...

Voici quelques liens si vous voulez aller plus loin :

Article wikipédia sur la cladistique pour ceux qui ont pas peur des mots barbares: Cladistique.

Artcicle wikipédia sur la phylogénie: Phylogénie.

Article de M.Collin très bien expliqué : La classification phylogénétique en résumé.

Une excellent article de Taupo sur le blog strange stuff and funky things : Podcast Science : L'arbre du vivant 2/3. 

Un article que j'ai écrit sur le blog de Darwinapolis : Termes Abusifs en Evolution !

Vidéos sur le site du cnrs, certaines de ces vidéos reprennent des concepts que j'ai expliqués: EVOLUTION, DES CLES POUR COMPRENDRE.

Nicobola