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L'évolution expliquée ♥♥♥

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Dans notre dernier billet, nous avons introduit la distinction entre les organismes des groupes souche et ceux des groupes couronne, et nous avons vu comment le plan d’organisation arthropode, c’est-à-dire le plan d’organisation des arthropodes du groupe couronne, est survenu par un processus progressif. Dans ce billet, nous explorerons les origines des vertébrés, groupe d’où viennent les mammifères, groupe auquel notre propre espèce appartient. Comme les arthropodes, les vertébrés apparaissent dans les données fossiles à la période cambrienne, et comme nous l’avons vu pour les arthropodes, le plan d’organisation des vertébrés semble avoir été assemblé sur une longue période pour les mêmes raisons : nous voyons des organismes de groupes souche qui ne possèdent qu’un sous-ensemble des traits caractéristiques des organismes des groupes couronne. Cependant, avant de voir l’origine et la diversification des vertébrés, développons un point que nous avons brièvement mentionné dans le dernier billet : il est peu probable que les espèces des groupes souche soient les ancêtres directs des espèces des groupes couronne, mais elles sont néanmoins porteuses d’informations sur le lignage évolutif qui a conduit au groupe couronne.

Groupes souche, ancêtre direct, et les formes transitionnelles.

En tant que scientifique, la lecture des journaux qui rapportent de nouvelles découvertes biologiques est souvent une expérience douloureuse. La plupart des histoires racontées à propos des découvertes de fossiles, par exemple, sont contaminées par de mauvaises conceptions des choses. Par exemple, il est très répandu de croire que la paléontologie recherche les ancêtres directs des organismes d’aujourd’hui. Si les paléontologues sont certainement intéressés de savoir à quoi ressemblaient les ancêtres des organismes d’aujourd’hui, la paléontologie ne convient pas à la recherche de ces ancêtres directs. De façon contre-intuitive, cependant, cela n’empêche pas les scientifiques d’apprendre beaucoup à propos les lignages qui conduisent au groupe couronne d’aujourd’hui. Pour l’expliquer, voyons par analogie les arbres généalogiques de familles humaines.

En entendant mon nom de famille “Venema”, personne ne s’étonnera d’apprendre que mes ancêtres prennent racine dans les Pays Bas. Si je voyageais là bas, et que je visitais un cimetière médiéval, il est très peu probable qu’une tombe particulière porte les restes d’un de mes ancêtres directs. D’un autre côté, l’étude des restes de qui que ce soit dans le cimetière apporterait beaucoup d’informations sur mes ancêtres, parce que presque tous les individus que l’on y trouve seraient des parents relativement proches. En d’autres termes, je partagerais un ancêtre commun avec eux, bien qu’il faille remonter à de nombreuses générations. Si j’appelle ma famille immédiate un groupe couronne, alors ces parents qui ont dévié de mon lignage direct il y a quelques générations sont analogues aux groupes souche ; et l’étude des caractéristiques de ce groupe souche serait une excellente façon d’apprendre sur mon propre lignage, même si je n’en saurais rien à son propos directement, puisque je n’étudierais que les parents proches de mes ancêtres.

Il en va de même pour les espèces fossiles : la probabilité qu’une espèce fossile donnée soit un ancêtre direct des espèces d’aujourd’hui est relativement petite. La fossilisation est un événement très rare : les fossiles séparés de 10000 et même de 100000 ans sont considérés comme quasiment simultanés dans une perspective géologique ; et il est hautement improbable qu’un événement si rare préserve un ancêtre direct. D’un autre côté, la probabilité que les données fossiles préservent des parents des espèces d’aujourd’hui est assez haute, bien que ces parents puissent être assez éloignés (certainement plus éloignés que les parents que je pourrais trouver dans un cimetière flamand).

Revenons brièvement à la diversification des arthropodes pour illustrer ce que nous voulons dire. Dans la phylogénie ci-dessous, le lignage direct du groupe couronne des arthropodes est surligné en bleu, et différents groupes souche dévient de cette ligne tout du long. L’étude de ces groupes souche nous permet d’inférer quelles caractéristiques étaient présentes à différents moments le long du lignage direct du groupe couronne, et l’ordre dans lequel ces caractéristiques ont été acquises.

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Par exemple, puisque nous observons des groupes souche arthropodes qui possèdent des membres spécialisés et des segments (mais sans exosquelette dur), nous pouvons inférer que ces caractéristiques sont survenues en premier dans le lignage qui a conduit au groupe-couronne. Notez bien que ces groupes souche (X1, X2 et X3 sur le schéma ci-dessus) ne sont pas les ancêtres du groupe couronne arthropode, mais des parents. Autrement dit, ils ne sont pas des formes transitionnelles qui auraient conduit au groupe couronne. Cependant, ce sont des espèces qui nous informent sur les formes de transition effectives sur le lignage direct du groupe couronne. En ce sens, les espèces des groupes souche font montre de caractéristiques transitionnelles ; l’accumulation par étapes de traits que nous utilisons pour définir le groupe couronne.

D’autre part, puisque les groupes souche ne sont pas des ancêtres du groupe couronne, rien ne nous conduit à nous attendre à ce qu’ils soient plus âgés que la dernière espèce commune et ancestrale qui a donné lieu au groupe couronne. Par exemple, les espèces des groupes souche du schéma ci-dessus (X1, X2 et X3) sont toutes trois des espèces que l’on trouve dans les données fossiles aux côtés d’espèces du groupe couronne. Au moment marqué par la ligne pointillée rouge, par exemple, il ne serait pas surprenant de trouver d’autres espèces qui aient été le groupe souche d’une, deux ou trois caractéristiques du groupe couronne. Une fois que les lignages se séparent, ils sont indépendants.

(En passant, il est plutôt fréquent de trouver des mauvaises compréhensions de ces concepts dans la presse populaire et dans les écrits anti-évolution chrétiens. On interpréterait l’espèce X3 sur la phylogénie présentée ci-dessus comme l’ancêtre direct de l’espèce X2, elle-même comme l’ancêtre direct de l’espèce X3, elle-même comme l’ancêtre direct d’espèces d’aujourd’hui. Parfois, cette (fausse) interprétation est même spécifiquement impossible, puisque (par exemple) l’espèce X2 apparaît dans les données fossiles plus tard que l’espèce X1, même si l’espèce X2 est « supposée être l’espèce plus primitive ». Cette mauvaise compréhension vient

  • (a) du fait de penser que l’évolution est une progression scalaire qui conduit directement aux espèces d’aujourd’hui plutôt qu’un arbre aux multiples branches d’espèces apparentées et
  • (b) du fait de penser que les données fossiles nous montrent une progression directe préconçue de formes transitionnelles plutôt qu’un échantillon rare de différentes parties de l’arbre.)

Les origines des vertébrés

Une fois ces concepts en place, nous sommes enfin prêts à nous plonger dans les origines cambriennes de notre propre groupe : les vertébrés. Comme vous l’avez compris, chercher à comprendre les origines des caractéristiques qui définissent les vertébrés, c’est chercher des groupes souche sur le lignage des vertébrés et examiner leurs caractéristiques.

Les vertébrés sont un groupe monophylétique inclus dans un groupe plus large que l’on appelle chordés, ce qui signifie que comprendre l’évolution des vertébrés requiert que l’on examine l’évolution des chordés en premier lieu. Les chordés
sont définis comme des organismes qui ont

  • (1) une corde nerveuse dorsale vide
  • (2) une lamelle flexible que l’on appelle notochorde
  • (3) un pharynx (avec des sillons pharyngés, ou fentes branchiales) et
  • (4) une queue qui s’étend au-delà de l’ouverture anale (une « queue post anale »). Les vertébrés possèdent tous les caractères des chordés, mais en ajoutent d’autres, comme
  • (5) un cerveau protégé par un crâne et
  • (6) une colonne vertébrale qui remplace la notochorde embryonnaire et qui s’est développée plus tard.

 

Comme vous pouvez vous y attendre, il y a plusieurs groupes souche cambriens sur le lignage vertébré qui nous permet de voir comment les caractéristiques qui définissent les vertébrés ont été assemblées au cours du temps. C’est le sujet que nous explorerons dans notre prochain billet.

Pour en savoir plus

Budd, G.E. (2008). The earliest fossil record of the animals and its significance. Phil. Trans. R. Soc. B 363, doi: 10.1098/rstb.2007.2232
http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/363/1496/1425.full

Budd, G.E. and Telford, M.J. (2009). The origin and evolution of arthropods. Nature 457, 812-817 doi:10.1038/nature07890

Swalla, B.J. and Smith, A.B. (2008). Deciphering deuterostome phylogeny: molecular, morphological and palaentological perspectives. Phil. Trans. R. Soc. B 363, doi: 10.1098/rstb.2007.2246
http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/363/1496/1557.long


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