Cladistique: définition, méthode et exemples

Il y a des millions d'années, une seule cellule a commencé une évolution qui a donné naissance à l'arbre de vie et à ses trois domaines principaux: les archées, les bactéries et les eucaryotes.

Chaque branche est un exemple de clade. Un clade représente un groupe qui comprend un ancêtre commun et tout descendance. Cladistique est une forme moderne de taxonomie qui place les organismes sur un diagramme ramifié appelé un cladogramme (comme un arbre généalogique) basé sur des traits tels que les similitudes de l'ADN et la phylogénie.

Dans le domaine de la biologie, la cladistique est un système de taxonomie qui implique la classification et l'arrangement des organismes sur un arbre phylogénétique de la vie. Avant l'analyse de l'ADN, la classification reposait fortement sur l'observation de traits et de comportements similaires et différents.

Les sociétés occidentales ont utilisé la classification depuis l'époque d'Aristote dans la Grèce antique, lorsque les organismes vivants étaient simplement divisés en catégories de plantes et d'animaux à des fins d'étude.

Dans les années 1700, Carolus (Carl) Linné a développé une taxonomie de la biologie systématique basée sur la classification des organismes en fonction de leur apparence extérieure et de leurs traits communs. Il a développé un schéma pour placer l'organisme dans un taxon hiérarchique (un groupe; singulier) qui comprenait plusieurs taxons (groupes; pluriel). Linné a également développé une nomenclature binomiale - un système d'attribution de noms scientifiques comme Homo sapiens (humain) aux organismes.

Charles Darwin et Alfred Russel Wallace a proposé l'idée de la sélection naturelle, et Darwin a formalisé la théorie de l'évolution au milieu des années 1800. celui de Darwin À propos de l'origine des espèces a secoué la communauté scientifique en suggérant que tous les organismes descendaient d'un ancêtre commun et pouvaient être classés en fonction de leurs relations évolutives.

Ornithologue Ernst Mayr était un éminent biologiste de l'évolution du 20e siècle qui a longuement étudié la taxonomie des oiseaux tout en voyageant et en travaillant comme conservateur au Musée américain d'histoire naturelle de New York. Son livre révolutionnaire Systématique et origine des espèces a été publié en 1942 par la Columbia University Press.

Mayr est connu pour ses travaux sur les gènes, l'hérédité, la variation et la spéciation des populations dans des zones isolées, qui peuvent être utilisés à des fins de classification.

La cladistique est un système de classification biologique basé sur l'analyse des caractères, la constitution génétique ou physiologie qui ont été partagées avec un ancêtre commun jusqu'à ce qu'un certain type de divergence se produise, produisant de nouveaux espèce. taxonomiste allemand Willi Hennig a démarré classification cladistique en 1950 lorsqu'il écrivit son livre sur systématique phylogénétique.

Le livre a ensuite été traduit en anglais et largement lu en Amérique après avoir été publié par l'University of Illinois Press en 1966.

La théorie de la systématique phylogénétique de Hennig a remis en question les approches contemporaines de taxonomie introduit par Darwin et Wallace.

Il a fait valoir que les espèces devraient être identifiées et classées en fonction de la génétique et des relations de clade, en particulier les groupes monophylétiques. Hennig s'est concentré sur l'ascendance récente et l'identification des traits évolués et modifiés des organismes qui partageaient une lignée directe – même si les caractéristiques dérivées ne ressemblaient en rien à celles du ancêtre.

Phylogénétique est l'étude des relations évolutives connues ou hypothétiques basées sur la phylogénie (lignée) d'organismes groupés. L'arbre phylogénétique de la vie illustre comment les taxons (groupes d'organismes) ont évolué dans un ordre spécifique à mesure que la vie se diversifiait et se ramifiait à partir d'un ancêtre commun.

Le processus de spéciation évolutive ressemble à des branches sur un arbre généalogique. Parce qu'il n'y a aucun moyen sûr de savoir ce qui s'est passé il y a si longtemps, les sciences doivent tirer des conclusions sur la façon dont la vie a évolué en fonction de archives fossiles, anatomie comparée, physiologie, comportement, embryologie et données moléculaires. La biologie évolutive est un domaine dynamique où de nouvelles découvertes sont continuellement faites.

Les biologistes évolutionnistes en déduisent relations évolutives hypothétiques entre les taxons sur la base d'une comparaison détaillée de caractéristiques similaires et différentes.

L'étude de la descendance évolutive aide à déterminer quand certains traits sont apparus et ont été transmis aux générations suivantes. L'analyse cladistique, comme la systématique phylogénétique, examine les modèles évolutifs de descendance qui aident à ensemble l'histoire évolutive des espèces tout en expliquant la diversité de la vie et des espèces extinctions.

La cladistique part du principe que la vie sur Terre n'est née qu'une seule fois, ce qui signifie que toute vie peut être retracée jusqu'à ce premier organisme ancestral. L'hypothèse suivante est que les espèces existantes se divisent en deux groupes délimités par un nœud sur une branche d'arbre. Enfin, les organismes changent, s'adaptent et évoluent vraisemblablement.

le point de divergence représente le début de deux nouvelles lignées se ramifiant et formant deux nouvelles espèces.

Les cladogrammes sont utilisés pour faire des comparaisons significatives entre les groupes.

En biologie, un cladogramme est un représentation visuelle de caractéristiques apparentées dans divers organismes. Habituellement, le regroupement se fait en fonction de certains traits d'intérêt spécifiés. Cependant, différents points de données peuvent être combinés pour créer un arbre évolutif plus précis qui explique les relations complexes.

Une distinction peut être faite entre un cladogramme et un arbre phylogénétique, mais les termes sont également parfois utilisés de manière interchangeable. Les cladogrammes se concentrent sur les caractéristiques au niveau macro et moléculaire qui indiquent une parenté. Un cladogramme suggère des relations évolutives probables entre des groupes d'organismes ou de taxons qui peuvent être petits ou grands :

• Taxon monophylétique. Un clade d'organismes qui comprend leur ancêtre commun le plus récent et tout le vivant et l'éteint descendance. Par exemple, il existe trois clades de mammifères: monotrèmes, marsupiaux et eutheriens. Les mammifères partagent de nombreuses caractéristiques mais diffèrent dans la façon dont ils se reproduisent.
  

• Taxon paraphylétique. Un groupe d'organismes qui comprend l'ancêtre le plus commun de tous les membres mais laisse de côté certains des descendants qui remontent à ce même ancêtre commun. Bryophytes sont paraphylétiques car le groupe comprend hornworts, les hépatiques et mousses mais exclut les plantes vasculaires.

• Taxon polyphylétique. Un groupe d'organismes qui n'ont pas grand-chose en commun autre que quelques traits similaires. À une certaine époque, les pachydermes comme les éléphants et les hippopotames étaient regroupés en raison de leur type de peau, même s'ils appartiennent en réalité à différentes familles de mammifères.
  

Multicellulaire eucaryotes a donné naissance à une abondance d'organismes de plus en plus complexes.

Par exemple, les poissons et les humains remontent à un ancêtre commun il y a des millions d'années. Cette relation compliquée peut être représentée sur un simple cladogramme illustrant les relations cladistiques. Commencez par imaginer un eucaryote ancestral au pied de l'arbre.

Au fur et à mesure que l'ancêtre commun a évolué, un nœud de l'arbre s'est ramifié en vertébrés aquatiques comme des poissons sans mâchoire. Au nœud suivant, la branche a divergé en tétrapodes à quatre pattes.

Le nœud suivant montre une divergence lorsque les animaux ont développé des œufs amniotiques, suivi d'une division lorsque les animaux ont développé de la fourrure ou des cheveux. Beaucoup plus tard, les humains et les primates ont divergé et ont évolué sur des chemins séparés.

La classification cladistique examine certaines caractéristiques des organismes qui portent directement sur les états ancestraux de la biologie évolutive. Hennig a développé de nombreux termes scientifiques pour décrire son approche de la catégorisation, qui ont joué un rôle déterminant dans ses idées et ses théories. Les termes décrivent des groupes d'organismes par rapport à un nœud spécifique sur un arbre phylogénétique ou un cladogramme :

• Plésiomorphie. Il s'agit d'un trait ancestral transmis et conservé d'espèces ancêtres aux espèces descendantes au cours de l'évolution entre un ou plusieurs taxons.

• Apomorphie. Il s'agit d'un trait dérivé décrivant un clade spécifique.

• Autapomorphie. Il s'agit d'un trait dérivé que l'on ne trouve que dans l'un des groupes comparés.

• Synapomorphie. Il s'agit d'un trait dérivé partagé par deux ou plusieurs groupes d'organismes descendants d'un ancêtre commun.
  

États des personnages sont des traits dérivés du processus de sélection naturelle, d'adaptation et de variance héréditaire qui conduisent à la biodiversité dans la vie. En tant que tel, seulement synapomorphies sont pertinents pour discerner les relations évolutives. Les synapomorphies multiples chez les organismes ayant un ancêtre commun sont monophylétique:

• Autapomorphies sont des traits trouvés dans une seule espèce ou un seul groupe qui provient d'un ancêtre commun, comme les taxons de serpents qui n'ont pas de pattes fonctionnelles, tandis que les taxons les plus proches ont deux pattes ou plus.

• Synapomorphies se réfèrent à un trait vu dans un clade entier tel que les pouces opposables chez les humains et les primates.
  

• Homoplasie est un trait partagé par plusieurs groupes, espèces et taxons qui n'est pas dérivé d'un ancêtre commun partagé. Les oiseaux et les mammifères sont à sang chaud mais n'ont pas d'ancêtre directement partagé qui avait ce trait, ce qui est un exemple d'évolution convergente.
  

Les scientifiques appelés cladistes organisent les taxons dans un arbre phylogénétique qui peut révéler de nouvelles relations évolutives. Les regroupements sont effectués sur la base de caractéristiques physiques, moléculaires, génétiques et comportementales.

Un diagramme appelé cladogramme montre la parenté, chaque fois que des espèces se séparent d'un ancêtre commun à divers moments de l'histoire de l'évolution.

Les cladogrammes sont des diagrammes de branchement de données cladistiques qui organisent certaines caractéristiques à l'aide d'ensembles de données physiques comparatives ou de données moléculaires, par exemple. Aujourd'hui, les chercheurs utilisent souvent des programmes informatiques pour combiner des ensembles de données afin de créer des cladogrammes plus précis qui montrent des relations cohérentes et complètes entre les organismes.

La méthodologie de base n'est pas difficile, mais chaque étape doit être effectuée méticuleusement :

1. Choisissez des taxons à étudier, comme plusieurs espèces d'oiseaux.
   
2. Choisissez et tracez les caractéristiques que vous souhaitez étudier.
   
3. Déterminer si les similitudes sont homologues ou le produit d'une évolution convergente.
   
4. Analysez si les caractéristiques partagées sont dérivées d'un ancêtre commun ou dérivées plus tard.
   
5. Regrouper les synapomorphies (traits homologues dérivés partagés).
   
6. Construisez un cladogramme en organisant des groupes d'organismes sur un diagramme en forme d'arbre.
   
7. Utilisez des nœuds sur les branches pour représenter les points où deux espèces ont divergé.
   
8. Placez les taxons aux extrémités des branches, pas aux nœuds.
   

Les origines de méthodes évolutives traditionnelles de classement remontent à l'Antiquité. Tous les organismes vivants étaient supposés être des plantes ou des animaux. Les méthodes classiques ne faisaient aucune distinction entre si les traits observés étaient hérités d'un ancêtre lointain ou d'un ancêtre plus récent.

L'objectif était de concevoir une carte de la façon dont la vie sur Terre pourrait avoir évolué à partir de la mer.

Les caractéristiques utilisées pour la classification sont déterminées par des experts qui examinent les différences évidentes telles que la fourrure, les écailles ou les plumes. L'approche a mieux fonctionné pour classer les vertébrés que les invertébrés. Classement évolutif place les organismes en groupes de taille décroissante sous trois domaines qui sont ensuite divisés en royaume, phylum/division, classe, ordre, famille, genre et espèce.

Les méthodes cladistiques ne sont pas liées au système de classification linnéenne et elles sondent plus en profondeur la connectivité.

La systématique traditionnelle organise les organismes sur un arbre évolutif en fonction du moment et de la manière dont une espèce a changé en s'adaptant à un nouveau mode de vie ou à un nouvel habitat, par exemple. L'arbre montre sens de l'évolution à l'heure. Les évaluations subjectives des traits et des caractéristiques dans les méthodes traditionnelles peuvent potentiellement biaiser les résultats et rendre une étude difficile ou impossible à reproduire.

Les méthodes de classification cladistique et phylogénétique sont aujourd'hui préférées aux méthodes traditionnelles de classification dans les sciences naturelles. La nouvelle approche est plus scientifique, fondée sur des preuves et irréfutable. Par exemple, le séquençage de l'ADN et de l'ARN est utilisé pour étudier les organismes au niveau moléculaire pour un placement nuancé sur un cladogramme.

Les organismes sont classés selon leur caractéristiques dérivées partagées.

La cladistique dans le domaine de la biologie permet aux scientifiques d'identifier des modèles, de formuler une hypothèse, de tester des hypothèses et de faire des prédictions.

« La cladistique est donc une question de découverte », comme le décrivent les cladistes contemporains, David M. Williams et Malte C. Ebach, en 2018. Williams et Ebach envisagent la cladistique comme un processus de classification naturelle qui ne nécessite pas de fondement dans la théorie de l'évolution.

La technologie ajoute un niveau de précision et de sophistication aux méthodes de cladistique. En particulier, le séquençage de l'ADN des gènes indique le degré de parenté et d'ascendance partagée avec un degré de confiance élevé. Les différences d'ADN peuvent donner un aperçu de l'ancienneté des espèces partageant un ancêtre commun.

De nouvelles découvertes peuvent corroborer ou corriger les hypothèses précédentes sur la façon dont les organismes ont évolué et aider à classer de nouvelles espèces au fur et à mesure qu'elles sont découvertes.