Recherche de relations de parenté chez les vertébrés et établissement de phylogénies

Recherche de relations de parenté chez les vertébrés et établissement de phylogénies


Introduction :

L'étude des mondes vivants actuels et passés a révélé plusieurs caractéristiques fondamentales :

- tous les êtres vivants actuels et passés sont construits sur les mêmes fondements (même composition chimique globale, génome (programme génétique) inscrit dans l'ADN, cellule de base)

- à partir de cellule socle commun, connaît et à connu surtout depuis le Cambrien (550Ma) apparaît une diversification extraordinaire (les 5 à 50 millions d'espèces actuelles représentent moins de 0,1% de toutes les espèces ayant vécu sur Terre)

- certaines formes de vie (Arcaeoptéryx) suggère une filiation entre groupes distincts.



Cette diversité, cette unité et ces changements ne trouvent une explication cohérente que dans le concept d'évolution. Celui ci implique une parenté entre les espèces actuelles et passées ainsi qu'une origine commune et très ancienne à tout le vivant. A partir d'une étude chez les vertébrés, on se propose :

- de préciser la façon de mettre en évidence des relations de parenté entre formes de vie distincts afin d'établir une phylogénie

- d'étudier dans ce contexte l'émergence de la lignée humaine


A) Recherche de relations de parenté chez les vertébrés



Ces vertébrés constituent un vaste groupe d'animaux comprenant des êtres aussi divers que les poissons, les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères.



Sur quels critères se fonde-t'on pour associer dans cet ensemble ces différentes formes de vie ? Comment à leur lumière, construit-on la phylogénie de ce groupe ? Comment établit-on le degré de proximité existant entre différentes sortes de vertébrés ?


1) Des supports d'étude variés


a) l'étude des caractères anatomiques et morphologiques est riche d'enseignement.



Qu'ils soient anatomiques ou autres, les caractères étudiés chez les êtres vivants dont on recherche les relations de parenté se doivent d'être homologues, c'est à dire avoir une origine commune (on définit l'homologie comme une ressemblance héritée d'un ancêtre commun, à partir duquel des transformations évolutives ont plus ou moins modifié le caractère original.



Le système nerveux des vertébrés ou le bras des vertébrés tétrapodes (4 pattes) sont des exemples anatomiques de caractères homologues. Dans le cas du bras, malgré des formes/fonction distinctes, les bras humains, de chauve souris, d'oiseaux (caractères dérivés) sont construits et placés dans l'organisme de la même façon. Ce partage de caractères dérivés permet de réunir ces êtres vivants au sein d'un même groupe (tétrapodes) issu d'un ancêtre commun chez qui existait déjà un bras primitif (caractère primitif) battit sur le même plan.



Certains caractères ressemblants (ailes d'oiseaux, ailes d'insectes) ne sont pas homologues, mais seulement analogues car non hérités d'un ancêtre commun. Il peut arriver qu'un être vivant actuel possède un caractère donné dans son état primitif.


b) l'intérêt de l'embryologie comparée



L'embryologie comparée est un support utile, elle permet la mise en évidence d'homologies peu évidentes chez l'adulte (entre différentes formes de vie). L'organisation très voisine des 1ers stades de développement de tout vertébré témoigne de leur origine commune.


c) Un apport récent : les comparaisons moléculaires



Beaucoup de protéines dont les structures et parfois les fonctions sont semblables chez différents êtres vivants sont considérés comme homologues. Il en va de même des gènes qui les gouvernent. En comparant des séquences d'acides aminés ou de nucléotides, on établit des matrices de distance où figurent le nombre ou le % de différences entre ces molécules ou ces gènes. Un faible % traduit une étroite parenté entre les organismes comparés (leur ancêtre commun est proche).


2) La notion de phylogénie



On appelle phylogénie la représentation sous forme d'un arbre phylogénétique des relations de parenté entre divers êtres vivants. La construction d'un tel arbre obéit à quelques règles fondamentales :

- les branches d'un rameau portent des espèces apparentées issues d'un ancêtre commun hypothétique (non identifié) partageant avec lui un ensemble de caractères dérivés. De tels groupes constituent des groupes monophylétiques.

- un arbre fait aussi apparaître des parentés plus éloignées s'établissant entre groupes frères issus d'un ancêtre commun plus ancien.

- la longueur des branches depuis un nœud est proportionnelle au temps écoulé depuis l'existence de cet ancêtre.



En respectant ces quelques principes, de proches en proches, il devient possible de construire un arbre général retraçant la phylogénie d'un groupe aussi vaste que celui des vertébrés.



Remarque :

- l'arbre phylogénétique actuel des vertébrés remet largement en question la classification traditionnelle de ce groupe

- il arrive que dans le détail, les données phylogénétiques moléculaires contredisent les données anatomo-embryologiques

- les espèces fossiles trouvent aussi leur place dans les arbres phylogénétiques mais jamais en tant qu'ancêtre commun.


B) La lignée humaine



L'homme faisant partie intégrante du vivant, son apparition n'échappe pas aux règles prévalant pour toutes les autres espèces. Les méthodes d'établissement de relation de parentés doivent permettre de le situer au sein du règne animal. On se propose donc :

- d'indiquer cette place dans le règne animal

- de préciser les critères d'appartenance à la lignée humaine ainsi que les caractéristiques de cette lignée.


1) La place de l'homme dans le règne animal


a) L'homme est un primate, mais pas seulement



En s'appuyant sur l'apparition de quelques caractères biologiques fondamentaux, on parvient à établir la place de l'homme dans le vivant. C'est :

- un eucaryote (cellule à vrai noyau), les eucaryotes existent depuis 1.2 Ga !

- un métazoaire (animal) vertébré, les premiers vertébrés ont plus de 500 Ma

- un tétrapode (2 paires de membres munis de doigts) existants depuis 390 Ma

- un amniote (l'embryon se développe dans un liquide protecteur enfermé dans une poche (l'amnios). Cet amnios qui affranchit les animaux qui en sont dotés du milieu aquatique est apparu il y a 340 Ma)

- un mammifère (poils, production de lait maternel) datant de 210, 220Ma

- un primate (un pouce opposable, vision binoculaire)



A l'intérieur des primates, il semble très proche des grands singues africains (gorilles, chimpanzé) et asiatiques (orang-outan, gibbon, yéti) l'ensemble constituant le groupe des hominoïdés.


b) des comparaisons intéressantes entre Homme et grands singes



Les comparaisons caryotypiques entre homme et grand singe africain révèle beaucoup de similitudes (13 paires de chromosomes sont communes à l'homme et au chimpanzé). Les liens de parenté entre eux sont donc étroits.

Les comparaisons moléculaires confirment cette étroite parenté. L'orang outang asiatique étant plus éloigné du groupe "Homme/Grands singes africains" que ne le laissait prévoir la paléontologie. On associe ces derniers dans la famille des hominidés.

C'est des chimpanzés que l'homme est le plus proche. Il partage avec lui de nombreux caractères dérivés (forte proximité génétique, confection et usages d'outils, organisation sociale et comportement élaboré).

On estime à 7 à 10Ma l'âge de l'ancêtre commun "Homme/Chimpanzé". Chez lui, tous ces caractères dérivés et ce qu'ils sous-tendent déjà.


2) Les critères d'appartenance à la lignée humaine



Malgré un génome commun à environ 98-99%, des différences suffisantes subsistent pour différencier l'homme des autres hominidés. En respectant la chronologie de l'apparition des caractéristiques humaines, on peut dire que :

- l'homme est un parfait bipède (adaptation au niveau du bassin, de la colonne vertébrale, du fémur, position avancée du trou occipital) avec un membre antérieur spécialisé dans la préhension et la manipulation fine

- la boîte crânienne humaine sans bourrelets, est volumineuse, elle protège un cerveau très complexe de 1400 cm³ permettant une communication par langages articulés et signes abstraits (écriture). La face crânienne est plate (non prognathe).

- les caractéristiques cérébrales expliquent l'usage d'outils de plus en plus complexes, une organisation sociale très élaborée et tout ce qui caractérise une culture hyper développée (rites funéraires, art, ...).



La lignée humaine est donc constituée d'homininés issus de l'ancêtre commun "Homme/Chimpanzé". On considère désormais que tout fossile possèdent au moins un caractère anatomique ou culturel sus-cité est un homininé.


3) L'émergence humaine


a) Les 1ers homininés



On a retrouvé Afrique des fossiles d'êtres vivants ayant des caractéristiques qui les rapprochent des hommes : les australopithèques. Si leur faible capacité crânienne, leur denture et leur face prognathe rappelle les grands singes, la position avancée de leur trou occipital ainsi que la forme de leur bassin et membres en font de vrais bipèdes (caractéristique fondamentale des homininés apparus il y a 6 000 000 d'années.


b) Les 1ers représentants du genre Homo



Les 1ers hommes apparaissent en Afrique (environ 2,5Ma) et coexistent avec des Australopithèques. On les désigne sous le terme Homo Habilis (750 cm³ de capacité crânienne, face peu prognathe, taille 1m40, outils variés mais encore grossiers (choppero...).



Vers 1,5Ma apparaissent les Homo Erectus (crâne épais, 1 000 cm³, taille supérieure, culture améliorée (biface, maîtrise du feu...). Il quitte l'Afrique et gagne l'Asie et l'Europe (au moins 800 000 ans). Il semble que ce soit chez lui que le langage articulé semble apparaître.



En Europe, Homo Neanderthalensis semble être issu d'Homo Erectus Européen (crâne épais mais volumineux [1 500cm³], front fuyant, mais capable de pensées abstraites : rites funéraires...). Il disparaît il y a environ 30 000ans.


c) L'arrivée de l'homme moderne



D'une région à une autre, les fréquences allèliques de nos gènes fluctuent, toutes les populations humaines actuelles appartiennent à l'espèce Homo Sapiens. Même si quelques doutes subsistent, aux vues des données génétiques, il semble que l'origine de l'homme moderne soit unique et africaine (silhouette gracile, élancée, avec des lobes préfrontaux développés, hyper développement culturel, artistique...). Réduite à quelques milliers d'individus au départ (150 000ans) cette population originelle a très vite essainée partout dans le monde et supplante les hommes qui y préexistaient.




Conclusions.



Il s'avère donc que l'arbre phylogénétique de la ignée humaine n'est pas du tout linéaire mais au contraire buissonnant, et d'ailleurs susceptible d'évolution au grès de nouvelles découvertes.



Homo Sapiens est le seul représentant vivant de cet arbre où les Australopithèques semblent constituer un rameau très tôt détaché du rameau humain.