L'évolution des espèces et la parenté des êtres vivants

La parenté des êtres vivants

Tous les êtres vivants sur Terre partagent des points communs, ce qui suggère qu'ils descendent d'ancêtres communs. Ces points communs peuvent être observés à différents niveaux :
- Anatomique : Des organes peuvent avoir la même structure fondamentale, même s'ils ont des fonctions différentes. On parle alors d'organes homologues.
- Embryonnaire : Le développement des embryons peut présenter des similitudes.
- Moléculaire : Les molécules comme l'ADN ou les protéines sont très similaires entre espèces proches.
Ces ressemblances profondes témoignent de liens de parenté et d'une origine commune.

Exemple
Comparez le bras humain, l'aile de chauve-souris et la nageoire de baleine. Quels sont leurs points communs et leurs différences, et que nous apprennent-ils sur la parenté ?

Corrigé pas à pas
Ces trois membres ont des fonctions très différentes : le bras humain sert à saisir, l'aile de chauve-souris à voler et la nageoire de baleine à nager. Cependant, leur structure osseuse est remarquablement similaire : ils possèdent tous un os long (l'humérus), deux os de l'avant-bras (le radius et le cubitus), des os du poignet et des doigts. Cette organisation commune est appelée le membre chiridien. Cette homologie de structure, malgré des fonctions différentes, indique que ces trois espèces partagent un ancêtre commun qui possédait déjà cette organisation. Les différences de forme et de taille sont des adaptations à leurs modes de vie respectifs.

Erreurs fréquentes
Confondre une ressemblance superficielle (due à une adaptation similaire) avec une parenté proche. Par exemple, l'aile d'un oiseau et l'aile d'un insecte permettent toutes deux de voler, mais leur structure est très différente : elles ne sont pas homologues et ne témoignent pas d'une parenté proche.
Penser que les espèces sont apparues indépendamment les unes des autres sans lien de parenté.

L'évolution des espèces et les arbres de parenté

L'évolution est la transformation des espèces au cours des générations. Cela signifie que les espèces ne sont pas fixes : elles changent, de nouvelles espèces apparaissent et d'autres disparaissent. La parenté entre les espèces est représentée par des arbres de parenté (aussi appelés arbres phylogénétiques). Ces arbres montrent les liens de descendance entre les espèces à partir d'ancêtres communs. Plus deux espèces partagent un ancêtre commun récent, plus elles sont considérées comme étroitement apparentées.

Méthode
1. Identifier les espèces étudiées : Elles sont généralement placées au bout des branches de l'arbre.
2. Repérer les nœuds : Chaque point de jonction (nœud) sur l'arbre représente un ancêtre commun hypothétique. Cet ancêtre est commun à toutes les espèces qui descendent de ce nœud.
3. Suivre les branches : Les branches représentent les lignées évolutives, c'est-à-dire les chemins de descendance.
4. Interpréter les caractères : Les caractères indiqués sur les branches (souvent par un petit trait) sont des innovations évolutives. Ce sont des caractères apparus chez l'ancêtre commun et transmis à tous ses descendants. On les appelle des caractères dérivés partagés et ils permettent de regrouper les espèces.

Exemple
En vous aidant de l'arbre de parenté ci-dessus, quelles espèces sont les plus étroitement apparentées entre A, B et C ? Justifiez votre réponse.

Corrigé pas à pas
Les espèces A et B sont les plus étroitement apparentées. Elles partagent un ancêtre commun (Ancêtre commun 2) qui est plus récent que l'ancêtre commun qu'elles partagent avec l'espèce C (Ancêtre commun 1). Cela signifie que A et B ont divergé plus récemment l'une de l'autre que de l'espèce C.

Erreurs fréquentes
Penser que les espèces situées côte à côte sur l'arbre sont nécessairement les plus proches. C'est la position de leur dernier ancêtre commun qui détermine la parenté.
Croire que l'évolution est un processus linéaire et que certaines espèces sont plus « évoluées » que d'autres. Toutes les espèces actuelles sont le résultat de millions d'années d'évolution.

La sélection naturelle, moteur de l'évolution

La sélection naturelle est le principal mécanisme qui explique l'évolution des espèces. Elle a été proposée par Charles Darwin et repose sur plusieurs observations :
1. Variabilité au sein des espèces : Au sein d'une même espèce, les individus ne sont pas identiques. Ils présentent des différences (variations) en termes de taille, de couleur, de résistance aux maladies, etc. Ces variations sont héritables.
2. Surproduction de descendants : Les espèces ont tendance à produire plus de descendants qu'il n'en peut survivre et se reproduire.
3. Lutte pour la survie : En raison des ressources limitées (nourriture, espace, partenaires), il y a une compétition entre les individus, ainsi qu'une pression des prédateurs et des maladies.
4. Reproduction différentielle : Les individus qui possèdent des caractères (ou traits) avantageux dans un environnement donné ont plus de chances de survivre à cette lutte et de se reproduire. Ils transmettent alors ces caractères avantageux à leurs descendants.
5. Adaptation : Au fil des générations, les caractères avantageux deviennent plus fréquents dans la population, ce qui conduit à l'adaptation des espèces à leur environnement et, à long terme, à l'apparition de nouvelles espèces.

Exemple
Dans une forêt, la population de phalènes du bouleau (un papillon) était majoritairement de couleur claire. Suite à la pollution industrielle, les troncs d'arbres sont devenus sombres. Après quelques décennies, la population de phalènes est devenue majoritairement de couleur foncée. Expliquez ce phénomène en utilisant les principes de la sélection naturelle.

Corrigé pas à pas
Avant la pollution, les troncs d'arbres étaient clairs. Les phalènes de couleur claire étaient mieux camouflées sur ces troncs, ce qui les protégeait des prédateurs (oiseaux). Elles avaient donc plus de chances de survivre et de se reproduire, transmettant leurs gènes de couleur claire. Les phalènes foncées, moins bien camouflées, étaient plus facilement repérées et mangées, se reproduisant moins.
Avec la pollution, les troncs sont devenus sombres. La situation s'est inversée : les phalènes foncées sont devenues mieux camouflées. Elles ont alors eu un avantage pour la survie et la reproduction par rapport aux phalènes claires. Au fil des générations, la proportion de phalènes foncées a augmenté dans la population, car elles étaient mieux adaptées à ce nouvel environnement. C'est un exemple classique de sélection naturelle en action.

Erreurs fréquentes
Penser que les individus changent eux-mêmes pour s'adapter à leur environnement. Par exemple, une girafe ne fait pas s'allonger son cou pour atteindre les feuilles hautes ; ce sont les girafes qui ont naturellement un cou plus long qui ont plus de chances de survivre et de se reproduire, transmettant cette caractéristique.
Croire que la sélection naturelle est un processus conscient, intentionnel ou dirigé vers un but précis. C'est un processus aveugle qui agit sur les variations existantes.
Confondre l'adaptation d'un individu au cours de sa vie (par exemple, bronzer au soleil) avec l'évolution d'une espèce sur plusieurs générations.

Analyser un arbre de parenté

1. 1. Identifier les espèces ou groupes d'espèces : Repérez les noms des êtres vivants que l'arbre compare, généralement situés aux extrémités des branches.
2. 2. Localiser les nœuds : Chaque nœud (point de jonction) représente un ancêtre commun hypothétique. C'est un point de divergence où une lignée se sépare en deux ou plus.
3. 3. Déterminer la parenté : Plus deux espèces partagent un ancêtre commun récent (c'est-à-dire un nœud proche d'elles), plus elles sont considérées comme étroitement apparentées. Inversement, si leur ancêtre commun est très éloigné dans le temps (nœud proche de la racine de l'arbre), elles sont moins proches.
4. 4. Interpréter les caractères : Les caractères (ou innovations évolutives) sont souvent indiqués sur les branches. Un caractère placé sur une branche est apparu chez l'ancêtre commun situé juste avant ce point, et est hérité par toutes les espèces descendantes de cette branche. Ces caractères dérivés partagés sont la preuve de la parenté.

Exemple
Voici un arbre de parenté simplifié :

```
/-- Chat
-----|
| /-- Lézard
\--|
\-- Poisson
```

1. Quelles sont les deux espèces les plus proches ?
2. Si le caractère « poumons » est apparu sur la branche menant à l'ancêtre commun du chat et du lézard, et le caractère « colonne vertébrale » sur la branche menant à l'ancêtre commun des trois espèces, comment cela se lit-il sur l'arbre ?

Corrigé pas à pas
1. Les deux espèces les plus proches sont le chat et le lézard. Elles partagent un ancêtre commun exclusif (le nœud juste avant leur séparation) qui est plus récent que l'ancêtre commun qu'elles partagent avec le poisson (le nœud à la base de l'arbre).
2. Le caractère « colonne vertébrale » serait placé sur la branche la plus ancienne, avant la séparation des lignées du poisson, du lézard et du chat. Tous les descendants (poisson, lézard, chat) possèdent donc une colonne vertébrale. Le caractère « poumons » serait placé sur la branche qui mène à l'ancêtre commun du lézard et du chat (après la séparation du poisson), car seuls le lézard et le chat possèdent des poumons parmi ces trois espèces.

L'évolution et la parenté : l'essentiel à retenir

• La parenté des êtres vivants est démontrée par des caractères communs (anatomiques, embryonnaires, moléculaires) hérités d'ancêtres communs.
• Un organe homologue a la même structure fondamentale chez différentes espèces, même si sa fonction diffère (ex: le membre chiridien).
• L'évolution est la transformation des espèces au cours du temps. Les espèces ne sont pas fixes.
• Les arbres de parenté représentent les liens de descendance et les ancêtres communs entre les espèces.
• La sélection naturelle est le principal moteur de l'évolution. Elle agit sur la variabilité des individus : les mieux adaptés à leur environnement survivent et se reproduisent davantage, transmettant leurs caractères avantageux.
• La sélection naturelle conduit à l'adaptation des espèces à leur environnement.