Classification phylogénétique du vivant - SVT NC · - d’identifier des êtres vivants en utilisant une clé dichotomique ; ... ›Clef dichotomique ... Lien fort entre classification
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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
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