classification phylogénétique du vivant - svt nc · - d’identifier des êtres vivants en...

Activités :

› Reconnaître

› Assigner

› Classer : faire ou parfaire des concepts

› Nommer : inventer des mots à portée

générale

NE PAS CONFONDRE !

Distinguer

› Trier

› Ranger

› Classer

Dans tous les cas c’est une procédure

de mise en ordre

Ranger, revient à organiser selon un

ordre, croissant ou

décroissant selon un

critère continu

Trier, revient à discriminer selon un

critère binaire, le plus

simple est: qui a / qui

n’a pas

Classer, revient à établir des regroupements entre les êtres

vivants sur la base du partage de

caractères communs.

On peut utiliser un même attribut pour

classer et pour trier :

› Ex : vertèbres

Cela ne doit pas conduire à la confusion

des 2 opérations (ni chez élèves ni chez

enseignants)

Trier permet la construction de clef de

détermination

Place dans le programme de 6ème :

Diversité, parentés et unité des êtres vivants

Durée conseillée : 7 heures à répartir sur toute l’année.

Objectifs scientifiques : L’objectif au collège est de découvrir et

d’utiliser la classification actuellement retenue par les scientifiques, qui

traduit l’histoire évolutive, les relations de parenté entre les êtres vivants. Il

ne s’agit pas, en classe de sixième, d’aller jusqu’à l’interprétation de

cette classification en terme d’évolution. Il s’agit tout au long de l’année :

- d’identifier des êtres vivants en utilisant une clé dichotomique ;

- de les classer selon les critères de la classification évolutive ;

- d’établir leur unité à un niveau structurel au cours d'observations

microscopiques.

La classification sera enrichie à

chaque fois que cela est possible par

l’apport des nouveaux êtres vivants

étudiés et/ou par la création de

nouveaux ensembles emboîtés.

› Reproduction sexuée et maintien des espèces dans les milieux (5ème)

› Respiration et occupation des milieux de vie

(4ème)

Atteindre un premier niveau de

formulation de la théorie de l’évolution

des organismes vivants au cours des

temps géologiques présentée sous la

forme d’un arbre unique ;

Montrer que la classification scientifique

actuelle se fonde sur la théorie de

l’évolution

Intérêt utilitaire › Reconnaître des plantes médicinales,

comestibles, dangereuses, etc..

› Fruits de mer/poissons/viandes rouges => cuisine

› Tri plus efficace

› Clef dichotomique

Intérêt scientifique › Faire un inventaire du monde vivant et de

diversité (biodiversité)

› Comprendre sa diversité actuelle

› Comprendre les relations de parenté entre les êtres vivants

Pour manger (classification utilitaire)

› Fruits de mer, volaille, bétail

Pour décrire des milieux (classification

écologique)

› Zooplancton, fouisseur, zoophage, …

Pour parler des origine de ce qui existe ?

(systématique)

› Arthropodes, tetrapodes, deuterostomiens

Les classifications utilitaires et scientifiques ne se superposent pas › Dépend des objectifs fixés

› Contexte

Ex : fruits de mer : utile en cuisine mais pas pour un zoologue

Echinoderme utile pour un zoologue mais pas pour un cuisinier

En SVT, on forme des esprits scientifiques et pas des cuisiniers !

Téophraste (3 siècles avant JC) bâtit une

classification des plantes sur ce principe,

afin de reconnaître les plantes médicinales

Classification utilitaire

on choisit un critère de reconnaissance,

on sélectionne les êtres vivants qui le

possèdent, on élimine les autres,

par l’utilisation de critères successifs, on

discrimine l’être vivant que l’on peut

nommer

Critère 1 : feuille dentée

oui oui

oui non

oui

oui

non

oui non

3 critères suffisent pour identifier l’Orme

Titre du diagramme

limbe asymétrique à la base

Ormelimbe symétrique

Charme

lancéolée pas lancéolée

Alisier

dentée pas dentée

Chêne

la feuille de l'arbre

Flore de Bonnier est une clef de

détermination et pas

une classification …

Classification a évoluée au fur et à

mesure de l’évolution des idées et des

connaissances scientifiques

Héritage qui apporte encore confusion

et incohérences chez certains et même

dans les programmes récents..

Lien fort entre classification et idée

d’évolution : le lien entre organismes

provient de leur généalogie

Carl Von Linnée (1707-1778) propose une classification au XVIIIe siècle

Science divine selon Linnée

Classification en comparaison avec l’Homme => les êtres vivants possèdent ou non tel ou tel attribut

Echelle des êtres avec Homme au sommet

Création par Dieu, une fois pour toute, pas d’évolution => fixisme

Défendu par Lamarck (1744-1829)

Nature modifie espèces

Théorie de l’évolution de Darwin (1859)

Les espèces se transforment et lèguent

des caractères héréditaires anciens ou

nouveaux (acquis par innovation

évolutive)

Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829)

Le besoin crée l’organe

L’usage et le non-usage: Plus on utilise un organe, plus il se développe, moins on l’utilise, plus il régresse et même disparait graduellement

L’hérédité des caractères acquis: un caractère acquis dans la structure de l’individu par l’usage se transmet aux descendants

Darwin suggère que la classification doit

refléter l’évolution biologique

Un attribut retrouvé chez plusieurs

espèces est hérité d’un ancêtre

commun

On classe par partage de caractère et

pas par absence de caractères

Arbre de parenté remplace l’échelle des

êtres

Idée de Darwin mal perçue

Darwiniens placent fossiles aux nœuds

des branches pour fournir des preuves

de l’évolution biologique

Confusion entre généalogie (qui

descende de qui) et phylogénie (qui est

plus proche de qui)

Systématique avant 1950 essaie :

› De traduire des affinités évolutives (phylogénie)

› Saut adaptatif

› degré de complexité

Saut adaptatif et discontinuité de la

complexité sont des

concepts évolutifs

qui masquent les

véritables liens de

parenté

Dès la fin du XIX on sait que les dinosaures sont plus proches des oiseaux que des autres reptiles

Groupe des reptiles conservé pour mettre en avant les différences anatomiques et le saut évolutif nécessaire à l’adaptation au vol

Oiseaux plus « complexes »

Pb : complexité est le reflet de la sensibilité du classificateur

Entomologiste William Hennig

propose en 1950 une

méthode de

classification (publié

en allemand)

Traduit en anglais en

1966

Voir infra

Classification de Linnée et classification

éclectique perdurent longtemps après

Hennig même si elles proviennent d’une

idée d’échelle des êtres

Classification scientifique est laicisée,

débarrassée de toute connotation

divine…

Programme de SVT ont subi de fortes

modifications ces 20 dernières années

concernant la classification

Ces modifications peinent à diffuser

dans les écoles primaires ou tri et

classement utilitaire et scientifique

cohabitent …

Année 70 => 3ème cycle

Année 80 => 2nd cycle

Année 90 => 1er cycle

Année 2000 => 2ndaire (Phylogène en

2001)

Depuis 2001 au CAPES et à

l’agrégation…

Depuis 2004 en primaire

Certains de ces critères permettent de situer les êtres vivants dans une classification. On peut ainsi reconnaître : › Des animaux

vertébrés › Des animaux

invertébrés

› Des végétaux à fleurs › Des végétaux sans

fleurs

Des critères définis par des scientifiques permettent de situer des êtres vivants d’espèces différentes dans la classification actuelle

Les êtres vivants sont classés en groupes emboîtés définis uniquement à partir des critères qu’ils possèdent en commun

Nécessite comparaison des êtres vivants

› Ex : Membre antérieur des tétrapodes

› ne sont pas identiques, ne servent pas forcement à faire la même chose

Owen propose : sont homologues des

structures qui prises chez des organismes

différents entretiennent avec les

structures voisines les mêmes

connexions et les mêmes relations

topologiques, et ceci quelque soit leur

forme ou fonction

Attributs non identiques, versions

différentes

Les mêmes ??

Hypothèse : proviennent d’un ancêtre

commun

Il faut vérifier cette hypothèse, à ce

stade ce n’est qu’un pari, une

hypothèse…

un exemple d’homologie primaire (ou de structure) : le radius du dauphin est similaire à celui de l’opossum ou de la chauve-souris. On peut donc émettre l’hypothèse que ces structures constituent

un même caractère.

C’est par la construction de cladogrammes que l’on va pouvoir valider cette l’hypothèse de l’homologie primaire ; l’homologie primaire deviendra alors une homologie secondaire (ou homologie de descendance).

Structures différentes (par exemple

articulaire et marteau) mais homologue

doivent être désignés par un terme

identique

On parle de caractère homologue

Le caractère peut exister sous au moins 2

états voir plus (si un seul état, pas de

regroupement possible)

On classe un échantillon et pas

l’ensemble des êtres vivants d’un coup

L’échantillon sélectionné détermine les

attributs (caractères) significatifs ou pas.

› Ex : présence de poils est non significatif

chez les mammifères (sauf cas de réversion, cf infra)

L’un des 2 états dérives de l’autre

Seul le partage d’un caractère évolué

(ou dérivé) signe une proche parenté

Le caractère primitif n’est pas informatif

puisque hérité d’un ancêtre commun

qui n’est pas présent dans l’échantillon

Déterminer quel est l’état primitif ou

dérivé d’un caractère

› Critère ontogénétique

› Comparaison avec extra-groupe

› Critère précédence géologique

On cherche à déterminer si un attribut correspond à une innovation évolutive au sein d’un échantillon de 4 espèces…

Ces 4 espèces possèdent dans l’histoire de la vie un ancêtre commun X

Chez ces espèces de l’échantillon on observe comme attributs :

Des plumes Des écailles

Les similitudes observées entre ces attributs laissent présumer de leur transmission par l’ancêtre commun X.

Elles constituent donc un caractère appelé « formations cutanées ».

Chez ces 4 espèces ce caractère peut exister sous 2 états :

l’état « plume » l’état « écaille »

Si nous assumons complètement l’évolutionnisme, alors il faut admettre que l’un de ces deux états est dérivé de l’autre ;

état primitif état dérivé

On est alors confronté à deux possibilités :

• plume écaille

• écaille plume ?

Le critère ontogénétique : Le bourgeon épidermique préfigure l’écaille et dans le développement de l’épiderme d’un oiseau il se transforme en plumes.

Le critère de l’extragroupe :

on choisit de prendre la tortue comme extragroupe : les membres de l’échantillon possèdent comme état dérivé deux fosses temporales que n’a pas la tortue, elle n’appartient donc pas à l’échantillon

Il est néssaire que le point

d’enracinnement dans l’arbre de vie est

antérieure l’ancètre X…

› Si extra-groupe = Autruche, plume devient

état primitif et écaille état dérivé

Le critère de la précédence géologique :

Proterosuchus du permien terminal (-250 Ma) d’Afrique du Sud possède des écailles. La plume est connu chez Archeopteryx lithographica vers –148 Ma. On connaît également des dinosaures à plumes (Microraptor du crétacé inférieur, -120 Ma, en chine).

Conclusion : d’après ces 3 critères, l’écaille constitue l’état

primitif, alors que la plume est l’état dérivé : c’est l’innovation évolutive !

la mésange et le pigeon possèdent en commun l’innovation, c'est-à-dire l’état dérivé du caractère « formations cutanées », Ces 2 espèces sont donc plus proches entre elles qu’elles ne le sont des autres espèces de l’échantillon.

Caractère dérivé => caractère

apomorphe

Caractère primitif => caractère

plésiomorphe

notion relative, pas absolue; c’est-à-dire

qu’un état de caractère ne peut être

apomorphe (ou plésiomorphe) que par

rapport à un autre état.

Synapomorphie [étymologiquement : caractères dérivés partagés] : ensemble de caractères dans leur état dérivé définissant un clade (unité monophylétique).

Symplésiomorphie [étymologiquement : caractères primitifs partagés] : ensemble de caractères dans un état plésiomorphe, pouvant servir à définir un taxon.

Bien entendu, actuellement, on définit les taxons (sous forme de clades) uniquement sur la base de synapomorphies.

Caractère autapomorphique, ou

autapomorphie est un caractère dérivé

(ou apomorphique), propre à un taxon,

c'est-à-dire à tous ses membres, mais pas

à son rang taxinomique immédiatement

supérieur d'appartenance.

Les caractères autapomorphiques

permettent de définir les caractéristiques

propres d'un taxon, voire d'une espèce

Tous les êtres vivants qui partagent le même état dérivé d’un caractère, c’est-à-dire la même innovation évolutive, l’ont hérité d’un même ancêtre commun, ils sont donc plus étroitement apparentés entre eux qu’avec n’importe quel autre groupe.

L’état primitif ne peut pas servir à préciser les relations au sein d’un échantillon puisqu’il est présent hors de l’échantillon sur d’autres branches.

La notion d’état primitif et d’état dérivé est relative. A l’intérieur du groupe des vertébrés, la présence de poils est un état dérivé qui permet de créer le groupe des mammifères. Par contre au sein des primates, la présence de poils devient un état primitif, car elle est présente à l’extérieur du groupe et ne permet donc pas de préciser les relations au sein des primates.

Caractères qui existent sous 2 états

Présents chez au

moins 2 espèces à l’état dérivé

Lorsque plusieurs arbres sont possibles, il

faut choisir le plus parcimonieux cad

celui nécessitant le moins de

transformation (le moins de changement

d’un état à l’autre)

Par exemple, on pose des hypothèses d’homologie sur deux caractères

La constitution de la mandibule des Vertébrés.

L’aile des Vertébrés.

Pour valider ces hypothèses on travaille avec un échantillon de 3 espèces (Homme, Chauve-souris, Perroquet. La Truite sert d’extra-groupe pour cet échantillon).

Ici L’état dérivé de la constitution de la mandibule est un état dérivé partagé par l’Homme et la chauve-souris.

Les ailes sont apparues indépendamment chez le perroquet et la chauve-souris.

Ici La présence d’ailes est un état dérivé partagé par le perroquet et la chauve-souris. l’état dérivé de la constitution de la mandibule est apparue indépendamment chez l’Homme et la chauve-souris

Aucun état dérivé partagé à l’intérieur de l’échantillon

8 pas 6 pas 7 pas

En cladistique, on applique le principe de parcimonie : On retient l’histoire évolutive qui nécessite le moins d’innovations.

On retient donc toujours l’arbre le plus parcimonieux, c’est-à-dire celui qui nécessite le moins de transformations évolutives.

Dans l’arbre retenu, le caractère «constitution de la mandibule » est donc interprété comme étant un caractère homologue.

alors que le caractère « aile » sera interprété comme une homoplasie résultant d’une convergence.

Groupe monophylétique

groupes incluant un

ancêtre et la totalité de ses descendants

groupes incluant un ancêtre et une

partie de ses

descendants

Ulve Chêne Euglène Trypanosome

chlorobiontes Euglénobiontes

algues

groupes ayant des

origines évolutives distinctes

Polyphylétique: Se dit d’un groupe qui contient un certain nombre d'espèces ou de taxons, mais ne contient pas l'ancêre commun à tous.

En d'autres termes, un groupe polyphylétique dérive de deux ou plusieurs espèces ancestrales. Un groupe polyphylétique est défini par au moins une homoplasie

Les similarités qui ne sont pas reconnues comme correspondant à une homologie de descendance sont qualifiées d’homoplasies. › Analogie

› Convergence

› Réversion

caractères similaires, remplissant les mêmes fonctions biologiques mais non homologues

Ressemblance apparue indépendamment dans différents taxons, comme l’aile des Vertébrés ou les taupes marsupiales et placentaires

réversion (un état dérivé revient à un état semblable à l’état primitif)

Archéoptéryx a des dents il ne peut être l’ancêtre des oiseaux…

Archéoptéryx a des plumes il n’est pas non plus l’ancêtre commun aux lézards et aux oiseaux…

Peut on le placer comme un intermédiaire entre l’ancêtre du groupe lézards-oiseaux et celui des oiseux ?

Archéoptéryx est un candidat possible, mais…

- il existe peut être d’autres espèces disparues qui possédaient les mêmes caractéristiques et qui pourraient être d’aussi bons candidats

On place les fossiles dans un cladogramme au même rang que les espèces actuelles en fonction des états dérivés qu’ils partagent

Finalement…

Pas d’hypothèse sur l’état primitif et dérivé des caractères

Classification précède donc l’évolution

Cladistique de Hennig => enseignant › On classe au regard de l’évolution

Cladistique structurale => élèves › Pas de polarisation de caractères

› Regroupement sans référence à évolution

› Puis 2nd temps relation expliqué par évolution

› Rendu possible par choix de l’échantillon