Relations évolutives
Les humains tentent de classer correctement les êtres vivants depuis qu’Aristote a fait la première tentative au 4ème siècle avant JC. Le système d’Ar…
Les humains ont classé et organisé les organismes biologiques pendant des milliers d’années. À l’origine, il s’agissait principalement de commander des objets nécessaires à la survie. Au fur et à mesure que l’histoire de l’humanité progressait, les compétences et les détails de ces classifications augmentaient également. Au IVe siècle av. J.-C., Aristote a été le pionnier des classifications formelles, délimitant les plantes et les animaux en différents groupes, puis les divisant davantage en fonction de leurs caractéristiques physiques et de leurs traits tels que les habitats qu’ils occupent. Plus tard, au milieu des années 1700, Linné s'est appuyé sur le système d'Aristote. Il a appelé son plus haut niveau de regroupement les royaumes et, à partir de là, a divisé les groupes à l’aide de synapomorphies, une caractéristique physique déterminante qui divise une branche. Par exemple, si un animal possède une colonne vertébrale ou une structure similaire, il doit être placé dans le chordata de l’embranchement. Si ce n'est pas le cas, il existe de nombreux autres embranchements, dans lesquels les animaux sans colonne vertébrale peuvent être divisés, y compris les arthropodes, un grand groupe comprenant des insectes. Linné a continué à diviser des groupes d’organismes en fonction de leurs synapomorphies aux niveaux ultérieurs à travers la classe, l’ordre, la famille et le genre, jusqu’à ce qu’il atteigne la désignation finale, généralement, l’espèce. Nous nous référons au type de classification de Linné comme cladistique, la classification des organismes basée sur les différences de caractéristiques physiques.
Aujourd’hui, les scientifiques construisent couramment des arbres appelés dendrogrammes pour donner des représentations visuelles de ces divisions et groupes. Cette forme particulière de dendrogramme, le cladogramme, visualise les relations cladistiques entre les espèces de sorte que les pointes de l'arbre représentent l'espèce et que les branches montrent comment elles sont liées les unes aux autres. Par exemple, ici, le chimpanzé et l’ours sont plus étroitement liés l’un à l’autre et partagent plus de caractéristiques communes que l’un ou l’autre avec le poisson-lune. Les endroits où les branches se rencontrent sont appelés nœuds et désignent des ancêtres communs pour les espèces qui suivent. Un deuxième type majeur de dendrogramme est le phylogramme. Ceux-ci sont différents des cladogrammes car la longueur des branches entre les espèces varie, représentant le degré de changement entre elles. Ainsi, plus la branche est longue, plus le temps s’est écoulé depuis que l’espèce a divergé de son dernier ancêtre commun.
Les dendrogrammes ont été construits en analysant simplement la morphologie des organismes. Avec l’avènement de la technologie moderne, la comparaison de l’ADN est également devenue un moyen courant de construire des arbres. L’ADN est composé de nucléotides associés à l’une des quatre bases différentes. Adénine, guanine, cytosine ou thymine. L’ordre de ces bases est le code ADN. Ce code est transmis du parent à la progéniture. Par conséquent, si vous regardez une seule espèce comme les humains, il y a un très haut degré de similitude dans notre code génétique, environ 99,9 %. Nous partageons également une partie de notre code ADN avec d’autres espèces, comme les chimpanzés et les souris, mais le degré de similitude globale entre notre ADN et le leur est très différent. Cela signifie que nous pouvons créer des arbres, qui regroupent les espèces en fonction des similitudes ou de la différence entre leurs codes génétiques. Ce domaine d’analyse, combinant les statistiques, la modélisation mathématique et l’informatique, est appelé bioinformatique. Pour comparer les séquences d’ADN, les chercheurs utilisent souvent un outil bio-informatique appelé Basic Local Alignment Search Tool, ou BLAST, qui a été créé et est maintenu par le National Center for Biotechnology Information.
Dans ce laboratoire, vous créerez d’abord un cladogramme d’animaux à l’aide d’informations morphologiques, puis vous placerez une espèce fossile sur ce cladogramme en fonction de sa morphologie. Vous utiliserez ensuite les séquences d’ADN de plusieurs parents modernes du fossile et la base de données BLAST pour vérifier votre positionnement du fossile sur l’arbre.
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Les humains ont classé et organisé les organismes biologiques pendant des milliers d’années. À l’origine, il s’agissait principalement de commander des objets nécessaires à la survie. Au fur et à mesure que l’histoire de l’humanité progressait, les compétences et les détails de ces classifications augmentaient également. Au IVe siècle av. J.-C., Aristote a été le pionnier des classifications formelles, délimitant les plantes et les animaux en différents groupes, puis les divisant davantage en fonction de leurs caractéristiques physiques et de leurs traits tels que les habitats qu’ils occupent. Plus tard, au milieu des années 1700, Linné s'est appuyé sur le système d'Aristote. Il a appelé son plus haut niveau de regroupement les royaumes et, à partir de là, a divisé les groupes à l’aide de synapomorphies, une caractéristique physique déterminante qui divise une branche. Par exemple, si un animal possède une colonne vertébrale ou une structure similaire, il doit être placé dans le chordata de l’embranchement. Si ce n'est pas le cas, il existe de nombreux autres embranchements, dans lesquels les animaux sans colonne vertébrale peuvent être divisés, y compris les arthropodes, un grand groupe comprenant des insectes. Linné a continué à diviser des groupes d’organismes en fonction de leurs synapomorphies aux niveaux ultérieurs à travers la classe, l’ordre, la famille et le genre, jusqu’à ce qu’il atteigne la désignation finale, généralement, l’espèce. Nous nous référons au type de classification de Linné comme cladistique, la classification des organismes basée sur les différences de caractéristiques physiques.
Aujourd’hui, les scientifiques construisent couramment des arbres appelés dendrogrammes pour donner des représentations visuelles de ces divisions et groupes. Cette forme particulière de dendrogramme, le cladogramme, visualise les relations cladistiques entre les espèces de sorte que les pointes de l'arbre représentent l'espèce et que les branches montrent comment elles sont liées les unes aux autres. Par exemple, ici, le chimpanzé et l’ours sont plus étroitement liés l’un à l’autre et partagent plus de caractéristiques communes que l’un ou l’autre avec le poisson-lune. Les endroits où les branches se rencontrent sont appelés nœuds et désignent des ancêtres communs pour les espèces qui suivent. Un deuxième type majeur de dendrogramme est le phylogramme. Ceux-ci sont différents des cladogrammes car la longueur des branches entre les espèces varie, représentant le degré de changement entre elles. Ainsi, plus la branche est longue, plus le temps s’est écoulé depuis que l’espèce a divergé de son dernier ancêtre commun.
Les dendrogrammes ont été construits en analysant simplement la morphologie des organismes. Avec l’avènement de la technologie moderne, la comparaison de l’ADN est également devenue un moyen courant de construire des arbres. L’ADN est composé de nucléotides associés à l’une des quatre bases différentes. Adénine, guanine, cytosine ou thymine. L’ordre de ces bases est le code ADN. Ce code est transmis du parent à la progéniture. Par conséquent, si vous regardez une seule espèce comme les humains, il y a un très haut degré de similitude dans notre code génétique, environ 99,9 %. Nous partageons également une partie de notre code ADN avec d’autres espèces, comme les chimpanzés et les souris, mais le degré de similitude globale entre notre ADN et le leur est très différent. Cela signifie que nous pouvons créer des arbres, qui regroupent les espèces en fonction des similitudes ou de la différence entre leurs codes génétiques. Ce domaine d’analyse, combinant les statistiques, la modélisation mathématique et l’informatique, est appelé bioinformatique. Pour comparer les séquences d’ADN, les chercheurs utilisent souvent un outil bio-informatique appelé Basic Local Alignment Search Tool, ou BLAST, qui a été créé et est maintenu par le National Center for Biotechnology Information.
Dans ce laboratoire, vous créerez d’abord un cladogramme d’animaux à l’aide d’informations morphologiques, puis vous placerez une espèce fossile sur ce cladogramme en fonction de sa morphologie. Vous utiliserez ensuite les séquences d’ADN de plusieurs parents modernes du fossile et la base de données BLAST pour vérifier votre positionnement du fossile sur l’arbre.
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Q1: What is a cladogram and how does it show evolutionary relationships?
A cladogram is a dendrogram that visualizes cladistic relationships between species, with branch tips representing individual species and branches showing how they relate to one another. The points where branches meet, called nodes, denote common ancestors. Species positioned closer together share more recent common ancestors and are more closely related than species positioned farther apart.
Q2: How do phylograms differ from cladograms in representing evolutionary change?
Phylograms differ from cladograms because branch lengths vary, representing the degree of change between species. Longer branches indicate more time has passed since species diverged from their last common ancestor, while shorter branches indicate less evolutionary change. Cladograms, by contrast, show only branching relationships without representing time or change magnitude.
Q3: What are synapomorphies and why are they important in classification?
Synapomorphies are defining physical features shared by groups of organisms that split branches in classification systems. For example, possessing a backbone places animals in phylum Chordata, while lacking one places them in other phyla like Arthropoda. These shared characteristics indicate organisms descended from common ancestors and are fundamental to organizing species into hierarchical groups.
Q4: How does DNA sequence comparison improve upon morphological classification?
DNA sequence comparison allows researchers to identify evolutionary relationships based on genetic similarity rather than physical traits alone. Since DNA is inherited from parents to offspring and species sharing common ancestors have similar nucleotide sequences, comparing DNA codes reveals relationships that morphology might miss. This genetic approach also enables estimation of how long ago different species diverged from common ancestors.
Q5: What is BLAST and how does it help identify evolutionary relationships?
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) is a bioinformatics tool that searches DNA sequences against the NCBI database to find matching sequences from other species. It aligns nucleotide bases from a query sequence with database sequences, listing results by similarity. Species with highly similar sequences are closely related evolutionarily, allowing researchers to construct trees showing evolutionary relationships using genetic data.
Q6: Why is bioinformatics essential for modern evolutionary analysis?
Bioinformatics combines computer science, mathematical modeling, and statistics to analyze large genetic datasets that would be impossible to process manually. Tools like BLAST enable rapid comparison of DNA sequences across thousands of species in databases, revealing evolutionary relationships with precision. This computational approach has become standard for constructing accurate dendrograms and understanding how species diverged from common ancestors.
Q7: How do scientists use fossil morphology to place extinct species on evolutionary trees?
Scientists analyze fossil physical characteristics and compare them to synapomorphies of living species to determine where fossils fit on cladograms. By identifying shared defining features, researchers can position fossils among modern relatives based on morphological similarity. DNA sequences from modern relatives can then verify the fossil's placement, since extinct organisms rarely preserve DNA in soft tissues during fossilization.