Sciences · Biologie
L’arbre phylogénétique
Un arbre phylogénétique est un schéma qui représente les relations de parenté entre des espèces : chaque nœud figure un ancêtre commun, chaque branche une lignée qui en descend.
Mis à jour le 4 min de lecture
En 1837, dans un carnet de notes, Charles Darwin dessine un petit arbre ramifié surmonté des mots I think (« je pense »). C’est l’une des premières esquisses de l’idée que toutes les espèces sont apparentées et descendent d’ancêtres communs. Le seul schéma de L’Origine des espèces (1859) est un arbre. Aujourd’hui, l’arbre phylogénétique est l’outil central de la classification du vivant : on ne range plus les êtres vivants selon leur ressemblance globale, mais selon leur parenté.
Le vocabulaire de l’arbre
| Terme | Signification |
|---|---|
| Feuille (extrémité) | Espèce ou groupe étudié, actuel ou fossile |
| Branche | Lignée évolutive |
| Nœud | Ancêtre commun hypothétique, point de séparation de deux lignées |
| Racine | Ancêtre commun de tous les groupes de l’arbre |
| Clade (groupe monophylétique) | Un ancêtre et tous ses descendants |
| Groupes frères | Deux groupes issus directement du même nœud, plus proches l’un de l’autre que de tout autre |
| Groupe externe | Groupe plus éloigné utilisé pour placer la racine |
| Caractère dérivé partagé | Innovation héritée d’un ancêtre commun, qui définit un clade |
Comment lire un arbre correctement
La parenté se lit par les nœuds, jamais par l’ordre des feuilles. Deux espèces sont d’autant plus apparentées que leur dernier ancêtre commun est récent, c’est-à-dire que le nœud qui les relie est proche des feuilles.
Prenons quatre animaux : requin, grenouille, lézard, souris.
- Le lézard et la souris partagent un ancêtre commun qui avait un œuf amniotique (protégé par des membranes) : ils forment le clade des amniotes.
- La grenouille rejoint ce groupe à un nœud plus ancien : ensemble, ils forment les tétrapodes (quatre membres).
- Le requin se rattache au nœud le plus ancien : tous partagent des mâchoires.
| Clade | Caractère dérivé partagé | Membres de l’exemple |
|---|---|---|
| Gnathostomes | Mâchoires | Requin, grenouille, lézard, souris |
| Tétrapodes | Quatre membres à doigts | Grenouille, lézard, souris |
| Amniotes | Œuf amniotique | Lézard, souris |
| Mammifères | Poils, allaitement | Souris |
Les erreurs de lecture courantes
- « Les espèces à droite sont plus évoluées » : faux. Toutes les espèces actuelles ont évolué pendant exactement la même durée depuis la racine. Un arbre peut pivoter autour de ses nœuds sans rien changer à son sens, comme un mobile.
- « L’homme descend du chimpanzé » : faux. Ils partagent un ancêtre commun, ni humain ni chimpanzé, qui vivait il y a environ 6 à 7 millions d’années (voir évolution humaine).
- « Deux feuilles voisines sont proches parentes » : pas forcément. Seul le nœud compte.
- « Le nombre de nœuds traversés mesure la parenté » : non, c’est l’ancienneté du dernier ancêtre commun.
Groupes valides et groupes abandonnés
| Type de groupe | Définition | Exemple |
|---|---|---|
| Monophylétique (clade) | Un ancêtre et tous ses descendants | Mammifères, oiseaux, vertébrés |
| Paraphylétique | Un ancêtre et une partie seulement de ses descendants | « Reptiles » au sens traditionnel, qui exclut les oiseaux |
| Polyphylétique | Rassemble des organismes sans leur ancêtre commun | « Animaux à sang chaud » (oiseaux + mammifères) |
La classification moderne, dite cladistique et fondée par l’entomologiste allemand Willi Hennig en 1950, ne retient que les groupes monophylétiques. Conséquence étonnante : les oiseaux étant issus de dinosaures théropodes, les crocodiles sont plus proches parents des oiseaux que des lézards, et les oiseaux sont des dinosaures au sens phylogénétique.
Comment construit-on un arbre ?
- Choisir les caractères : anatomiques (os, organes), embryologiques, et surtout moléculaires (séquences d’ADN ou de protéines). Seuls les caractères homologues comptent ; les ressemblances par convergence sont des pièges.
- Construire une matrice indiquant l’état de chaque caractère pour chaque espèce.
- Calculer l’arbre le plus probable par des méthodes informatiques : parcimonie (arbre demandant le moins de changements), distances, maximum de vraisemblance ou inférence bayésienne.
- Évaluer la robustesse de chaque nœud par des tests statistiques.
Avec l’ADN, on peut aussi estimer les dates de séparation grâce à l'« horloge moléculaire », calibrée sur des fossiles datés.
Le grand arbre du vivant
À la base, l’arbre universel relie les trois domaines (bactéries, archées, eucaryotes) à un dernier ancêtre commun. Mais près de la racine, la métaphore de l’arbre a ses limites : les transferts horizontaux de gènes entre bactéries et les fusions de cellules (origine des mitochondries et des chloroplastes) donnent à cette partie l’allure d’un réseau plus que d’un arbre ramifié.
Questions fréquentes
Quelle différence entre arbre phylogénétique et arbre généalogique ?
Un arbre généalogique relie des individus par leurs liens de filiation connus. Un arbre phylogénétique relie des espèces ou des groupes par des ancêtres communs hypothétiques, reconstitués à partir de caractères.
Les ancêtres communs sont-ils connus ?
Rarement. Les nœuds représentent des populations ancestrales dont on ne possède généralement pas les fossiles. Un fossile peut être placé près d’un nœud, mais on ne peut presque jamais prouver qu’il est l’ancêtre direct.
Un arbre phylogénétique peut-il changer ?
Oui. C’est une hypothèse scientifique, révisée quand de nouvelles données arrivent. Les analyses d’ADN ont ainsi montré que les champignons sont plus proches des animaux que des plantes, et que les baleines sont apparentées aux hippopotames.