Informations

La phylogénétique et l'arbre de vie


D'après ce que je comprends, l'évolution est aujourd'hui plutôt analysée à travers des arbres phylogénétiques, c'est-à-dire des cladogrammes. Ceux-ci sont construits en utilisant les enregistrements disponibles et en prenant certaines structures clés et en déduire si les espèces l'ont acquise ou perdue, générant ainsi un nœud. Par cette approche, la chronologie est de la plus haute importance, mais la chronologie temps n'est pas. Par conséquent, les cladogrammes ne sont pas des arbres évolutifs « darwiniens » car ces derniers sont basés sur des données chronologiques. temps.

Cependant, je ne peux pas m'empêcher d'analyser un cladogramme et d'interpréter l'accumulation de divers nœuds le long d'une branche comme se déplaçant dans le temps. L'évolution n'est-elle pas une question de temps ? Au risque de tomber dans un « c'est une question principalement basée sur l'opinion » :

N'est-ce pas juste pour que le long d'une certaine branche, chaque nœud successif a mis du temps à se développer? Ne serait-il pas plausible de déterminer et d'attribuer un certain 'unité de temps évolutive standard (un SETU si vous voulez) représentant le temps moyen qu'il faut à un organisme pour perdre ou acquérir un certain trait, permettant ainsi chaque nœud à interpréter comme du temps? Bien sûr, le SETU serait une estimation grossière, mais pourrait encore potentiellement réanimer le regard darwinien sur l'évolution moderne.


Commençons par un petit commentaire. Vous dites[… ]l'évolution est aujourd'hui plutôt analysée à travers les arbres phylogénétiques[… ]. De nombreux biologistes évolutionnistes font un usage intensif des méthodes phylogénétiques mais une bonne partie des biologistes évolutionnistes (la plupart je dirais) ne travaillent pas directement avec les méthodes phylogénétiques.


Je ne suis pas sûr de comprendre votre question, mais j'espère que ce qui suit pourra vous aider à comprendre le problème ou à modifier votre question. Notez que je ne suis PAS un phylogénéticien (pas sûr que ce mot existe).

Quelle est la définition de "nœud" en phylogénétique

Je pense que votre définition d'unnœudpeut-être inhabituel. En phylogénie, un nœud est l'ancêtre commun le plus récent partagé par deux lignées sœurs.

Temps dans un arbre phylogénétique

Aussi, lorsque vous regardez un arbre phylogénétique, l'axe le long duquel les lignées se diversifient représente le temps (temps réel en années). Maintenant, nous utilisons différentes méthodes pour estimer ce temps réel comme le taux de substitutions neutres. Vous voudrez peut-être en savoir plus sur l'horloge moléculaire

chaque nœud successif a mis du temps à se développer ?

Je ne suis pas sûr de ce que vous entendez par "développer" ici. Développer signifie généralement le processus par lequel un individu/organisme donné change phénotypiquement au cours de sa vie. Voir Biologie du développement.

temps moyen nécessaire à un organisme pour perdre ou acquérir un certain trait

Encore une fois, je ne sais pas si vous parlez de développement ou d'évolution ici comme vous parlez de "n'importe quel organisme" et non de "n'importe quelle population". Dans tous les cas, un temps moyen pour qu'une population acquière un trait arbitraire donné est un concept qui 1) n'est valable que pour un trait discret, 2) qui dépend beaucoup du type de trait que vous souhaitez considérer, 3) qui varie beaucoup d'un trait donné à un autre et 4) dépend extrêmement du moment où vous considérez être le point de départ du processus évolutif vers la création du trait donné. Par conséquent, cela n'a pas beaucoup de sens.

"Unité de temps évolutive standard" actuellement utilisée

Cependant, vous pouvez utiliser un concept similaire pour les traits quantitatifs. Le Darwin (d) est une unité de changement évolutif (inventée par Haldane et nommée d'après C. Darwin). Il est défini comme le pli électronique (e≈2,7) d'une moyenne des traits d'un individu dans une population sur un million d'années.

De même, le Haldane est une unité de changement évolutif (je ne sais pas qui l'a inventé et il est évidemment nommé d'après JBS Haldane) et correspond au nombre d'écart-type (de la distribution du trait individuel dans la population) changement dans le moyenne des traits des individus dans une population par génération. L'unité Haldane est donc dépendante de la pression de sélection, de la variance génétique additive et non additive et de la variance environnementale (donc de l'héritabilité) et des pressions mutationnelles.


Quelque chose comme ce que vous décrivez existe et s'appelle une horloge moléculaire. Le taux de changement de certains gènes et séquences non codantes a été corrélé à d'autres preuves (enregistrement fossile, etc.) de manière à vous permettre d'estimer en termes absolus combien de temps un ensemble donné de mutations prendrait pour se produire naturellement .

Gardez à l'esprit que seuls certains gènes ont la propriété requise d'accumuler des mutations à un rythme plus ou moins constant par rapport au temps. La plupart des gènes accumulent des mutations de manière plus stochastique.


La phylogénétique et l'arbre de vie - Biologie

Il y a une autre façon de voir la biologie. La taxonomie classique est maintenant associée à la phylogénie et à l'arbre de vie biologique. La phylogénétique décrit la perspective évolutive de la biologie dans laquelle tous les êtres vivants sont placés dans un réseau hautement interconnecté d'ascendance commune. Cette belle notion de la connectivité de toutes les espèces soutient le mode de pensée évolutif de la vie.

Une phylogénie est un diagramme en arbre de la place de l'organisme dans l'évolution. Une phylogénie peut être construite sur la base d'un ancêtre commun et de ses descendants. Chaque branche de l'arbre de vie représente une divergence par rapport à l'ancêtre d'origine dans lequel un nouveau trait a évolué qui a différencié ses descendants en une nouvelle espèce.

Si vous regardez une phylogénie de base (essayez d'en trouver une avec seulement trois ou quatre branches), vous verrez une « tige » au bas de l'arbre. Cela représente le premier ancêtre commun de tous les autres organismes de l'arbre. En regardant de près l'arbre, vous verrez différentes « branches » avec différents organismes qui leur sont assignés. Chaque division de l'arbre est appelée un nœud. Ce nœud représente l'endroit où un nouveau trait s'est développé et l'ancêtre a divergé en une nouvelle espèce. Un nœud représente également l'ancêtre commun hypothétique des espèces divergentes. L'ancêtre commun hypothétique d'une espèce est l'ancêtre génétiquement le plus proche de cette nouvelle espèce.

Par exemple, si nous parlions de plantes, l'organisme à la tige de l'arbre pourrait représenter le premier organisme photosynthétique. La première branche de l'arbre représenterait le développement de la capacité de vivre sur terre plutôt que dans l'eau. Ce sont les plantes du premier groupe qui se séparent de la tige principale de l'arbre. La branche pourrait représenter l'endroit où le tissu vasculaire a évolué, produisant un nouvel organisme qui pourrait développer de vraies racines, tiges et feuilles. Le nœud suivant avec les organismes qui l'accompagnent pourrait représenter le développement des graines. Le nœud suivant représenterait le développement des plantes à fleurs.

Tous ces traits ont différencié l'ancêtre en une autre espèce avec une nouvelle adaptation à son environnement. Cette nouvelle adaptation donne à cet organisme une autre capacité à ajouter à son répertoire. Cet organisme est désormais une nouvelle espèce car son ADN a fondamentalement changé, il ne peut donc plus se reproduire au sein de son espèce ancestrale.

Cet arbre de vie démontre la connectivité génétique des espèces. Si vous tracez la lignée génétique d'un organisme, vous pouvez continuer à retracer son histoire génétique et évolutive pour découvrir des liens avec des organismes passés. C'est ainsi que ces arbres sont construits. Ces traits qui différencient les espèces ont tous une base génétique.

La découverte de l'interdépendance des organismes par la parenté génétique à l'aide de la phylogénétique attire l'attention sur les différences de groupement en utilisant la taxonomie traditionnelle et la nomenclature binomiale. La taxonomie utilise des caractéristiques morphologiques similaires pour regrouper les organismes. Darwin s'est éloigné de cette idée lorsqu'il a commencé à utiliser la relation évolutive avec les organismes de groupe.

Les deux méthodes de classification sont toutes deux utiles, mais elles utilisent des techniques de regroupement différentes. Chaque forme de classification peut être utilisée à des fins différentes. De nombreux scientifiques soutiennent que le point de vue phylogénétique est plus précis sur le plan biologique car il retrace l'histoire de l'évolution à travers la génétique.

Copyright et copie du contenu 2021 par Catherine Ebey. Tous les droits sont réservés.
Ce contenu a été écrit par Catherine Ebey. Si vous souhaitez utiliser ce contenu de quelque manière que ce soit, vous avez besoin d'une autorisation écrite. Contactez l'administration BellaOnline pour plus de détails.


Les références

Puigbo P, Wolf YI, Koonin EV : Recherche d'un arbre de vie dans le fourré de la forêt phylogénétique. J Biol. 2009, 8 : 59-10.1186/jbiol159.

Swithers KS, Gogarten JP, Fournier GP : Les arbres dans la toile de la vie. J Biol. 2009, 8 : 54-10.1186/jbiol160.

O'Malley MA, Koonin EV : Comment se dresse l'Arbre de Vie un siècle et demi après l'Origine ?. Biol Direct. 2011, 6 : 32-10.1186/1745-6150-6-32.

Darwin C : Sur l'origine des espèces. 1859, Londres : Murray

Haeckel E : Les merveilles de la vie : Une étude populaire de philosophie biologique. 1997, De Young Press

Woese CR, Fox GE : Structure phylogénétique du domaine procaryote : les règnes primaires. Proc Natl Acad Sci USA. 1977, 74 : 5088-5090. 10.1073/pnas.74.11.5088.

Woese CR, Magrum LJ, Fox GE : Archaebactéries. J Mol Evol. 1978, 11 : 245-251. 10.1007/BF01734485.

Woese CR : évolution bactérienne. Microbiol Rev. 1987, 51 : 221-271.

Woese CR, Kandler O, Wheelis ML : Vers un système naturel d'organismes : proposition pour les domaines Archaea, Bacteria et Eucarya. Proc Natl Acad Sci USA. 1990, 87 : 4576-4579. 10.1073/pnas.87.12.4576.

Doolittle WF : Classification phylogénétique et arbre universel. Science. 1999, 284 : 2124-2129. 10.1126/science.284.5423.2124.

Doolittle WF : Génomique latérale. Tendances Cell Biol. 1999, 9 : M5-8. 10.1016/S0962-8924 (99) 01664-5.

Gogarten JP, Doolittle WF, Lawrence JG : évolution procaryote à la lumière du transfert de gènes. Mol Biol Evol. 2002, 19 : 2226-2238. 10.1093/oxfordjournals.molbev.a004046.

Bapteste E, Susko E, Leigh J, MacLeod D, Charlebois RL, Doolittle WF : Les phylogénies des gènes orthologues soutiennent-elles vraiment la pensée arborescente ?. BMC Evol Biol. 2005, 5 : 33-10.1186/1471-2148-5-33.

Doolittle WF, Bapteste E: Le pluralisme des modèles et l'hypothèse de l'arbre de vie. Proc Natl Acad Sci USA. 2007, 104 : 2043-2049. 10.1073/pnas.0610699104.

Bapteste E, O'Malley MA, Beiko RG, Ereshefsky M, Gogarten JP, Franklin-Hall L, Lapointe FJ, Dupré J, Dagan T, Boucher Y, Martin W : L'évolution procaryote et l'arbre de vie sont deux choses différentes. Biol Direct. 2009, 4 : 34-10.1186/1745-6150-4-34.

Snel B, Huynen MA, Dutilh BE : Arbres génomiques et nature de l'évolution du génome. Annu Rev Microbiol. 2005, 59 : 191-209. 10.1146/annurev.micro.59.030804.121233.

Lapierre P, Lasek-Nesselquist E, Gogarten JP : L'impact du HGT sur les méthodes de reconstruction phylogénomique. Bref Bioinform. 2012,

Dagan T : Réseaux phylogénomiques. Tendances Microbiol. 2011, 19 : 483-491. 10.1016/j.tim.2011.07.001.

Koonin EV, Wolf YI : Les unités fondamentales, les processus et les modèles d'évolution, et l'énigme de l'Arbre de Vie. Biol Direct. 2009, 4 : 33-10.1186/1745-6150-4-33.

Koonin EV, Puigbo P, Wolf YI : Comparaison des arbres phylogénétiques et recherche d'une tendance centrale dans la "forêt de la vie". J Comput Biol. 2011, 18 : 917-924. 10.1089/cmb.2010.0185.

Puigbo P, Wolf YI, Koonin EV : Analyse comparative à l'échelle du génome des arbres phylogénétiques : la forêt procaryote de la vie. Méthodes Mol Biol. 2012, 856 : 53-79. 10.1007/978-1-61779-585-5_3.

Puigbo P, Wolf YI, Koonin EV : Les composantes arborescentes et nettes de l'évolution des procaryotes. Génome Biol Evol. 2010, 2 : 745-756. 10.1093/gbe/evq062.

Bromham L, Penny D : L'horloge moléculaire moderne. Nat Rev Genet. 2003, 4 : 216-224. 10.1038/nrg1020.

Snir S, Wolf YI, Koonin EV : stimulateur universel de l'évolution du génome. PLoS Comput Biol. 2012, 8 : e1002785-10.1371/journal.pcbi.1002785.

Grishin NV, Wolf YI, Koonin EV : Des génomes complets aux mesures de la variabilité du taux de substitution au sein et entre les protéines. Génome Res. 2000, 10 : 991-1000. 10.1101/gr.10.7.991.

Wolf YI, Novichkov PS, Karev GP, Koonin EV, Lipman DJ : La distribution universelle des taux d'évolution des gènes et les caractéristiques distinctes des gènes eucaryotes de différents âges apparents. Proc Natl Acad Sci USA. 2009, 106 : 7273-7280. 10.1073/pnas.0901808106.

Muers M : Evolution : pacemakers génomiques ou horloges à retardement ?. Nat Rev Genet. 2012, 14 : 81-10.1038/nrg3410.

Schliep K, Lopez P, Lapointe FJ, Bapteste E : Récolte de signaux évolutifs dans une forêt d'arbres de gènes procaryotes. Mol Biol Evol. 2011, 28 : 1393-1405. 10.1093/molbev/msq323.

Abby SS, Tannier E, Gouy M, Daubin V : Le transfert latéral de gènes comme support de l'arbre de vie. Proc Natl Acad Sci USA. 2012, 109 : 4962-4967. 10.1073/pnas.1116871109.

Koonin EV : Génomique comparative, ensembles de gènes minimaux et dernier ancêtre commun universel. Nat Rev Microbiol. 2003, 1 : 127-136. 10.1038/nrmicro751.

Charlebois RL, Doolittle WF : Calcul de l'ubiquité des gènes procaryotes : sauver le noyau de l'extinction. Génome Res. 2004, 14 : 2469-2477. 10.1101/gr.3024704.


Ernst Mayr, l'arbre de vie et philosophie de la biologie

L'influence d'Ernst Mayr sur la philosophie de la biologie a donné au domaine une perspective particulière sur l'évolution, la phylogénie et la vie en général. En utilisant les débats sur l'arbre de vie comme guide, je montre comment la biologie évolutive mayrienne exclut de nombreuses formes de vie et de nombreux processus évolutifs importants. L'hybridation et le transfert latéral de gènes sont deux de ces processus, et ils se produisent fréquemment, avec des résultats importants dans tous les domaines de la vie. Les eucaryotes semblent avoir une histoire plus arborescente parce que les événements latéraux réussis ont tendance à se produire chez des espèces plus étroitement apparentées, ou à une fréquence plus faible, que chez les procaryotes, mais il s'agit d'une différence de degré plutôt que de nature. Bien que l'arbre de vie soit particulièrement problématique en tant que représentation de l'histoire évolutive des procaryotes, il peut fonctionner plus généralement comme une illustration des limites d'une perspective évolutive standard. De plus, pour les philosophes, les questions sur l'arbre de vie peuvent s'appliquer à l'héritage mayrien en philosophie de la biologie. Ces questions montrent clairement que la dichotomie de la vie suggérée par Mayr est basée sur une perspective trop étroite. Une alternative à cette dichotomie est un continuum multidimensionnel dans lequel différentes stratégies d'échange génétique confèrent une plus grande adaptabilité et évolutivité aux procaryotes et aux eucaryotes.

Ceci est un aperçu du contenu de l'abonnement, accessible via votre institution.


Département de botanique et de phytopathologie, Oregon State University, Corvallis, OR, 97330

Département de botanique et de phytopathologie, Oregon State University, Corvallis, OR, 97330

Département de botanique et de phytopathologie, Oregon State University, Corvallis, OR, 97330

Département de botanique et de phytopathologie, Oregon State University, Corvallis, OR, 97330

Département de phytopathologie et de microbiologie, Université de Californie, Riverside, CA, 92521

Département de phytopathologie et de microbiologie, Programme de biologie des champignons filamenteux, Texas A&M University, College Station, TX, 77843-2132

Connexion institutionnelle
Connectez-vous à la bibliothèque en ligne Wiley

Si vous avez déjà obtenu l'accès avec votre compte personnel, veuillez vous connecter.

Acheter un seul chapitre
  • Visualisation illimitée de l'article/chapitre PDF et des éventuels suppléments et figures associés.
  • L'article/le chapitre peut être imprimé.
  • Article/chapitre téléchargeable.
  • L'article/le chapitre peut ne pas être redistribué.

Sommaire

Les arbres phylogénétiques, autrefois limités aux études de systématique, sont maintenant utilisés dans toutes les disciplines de la biologie fongique et fournissent le contexte évolutif d'une large série d'études qui comprennent la compréhension de l'évolution des principales formes de vie, la description des communautés biotiques complexes et la biologie expérimentale prédictive. . Cela est particulièrement vrai à l'ère de la génomique, où une convergence rapide de la phylogénétique et de la génomique se produit et aboutit au domaine émergent de la phylogénomique. Ce chapitre passe en revue (i) l'état actuel de la phylogénétique fongique basée sur des phylogénies multigéniques, (ii) les hypothèses évolutives actuelles sur les relations évolutives des organismes classés dans le Royaume des champignons, et (iii) l'utilisation de l'échelle du génome. échantillonnage pour déduire les relations évolutives des champignons. L'objectif du réseau de coordination de la recherche Deep Hypha était d'accélérer la collecte de données de séquences multigéniques dans l'arbre de vie fongique. Par l'arbre de vie fongique, nous nous référons explicitement aux champignons du royaume monophylétiques (champignons) et à tous ses sous-groupes. L'un des domaines de recherche les plus insaisissables en phylogénétique fongique a été l'étalonnage de l'arbre de vie fongique au temps géologique. Ici, nous nous concentrons sur l'utilisation d'ensembles de données à l'échelle du génome dans les analyses phylogénétiques. Les analyses multigéniques ont eu un impact majeur sur les études phylogénétiques des Champignons, résultant en notre compréhension la plus approfondie des relations évolutives du Royaume à ce jour.


La phylogénétique et l'arbre de vie - Biologie

Il y a une autre façon de voir la biologie. La taxonomie classique est maintenant associée à la phylogénie et à l'arbre de vie biologique. La phylogénétique décrit la perspective évolutive de la biologie dans laquelle tous les êtres vivants sont placés dans un réseau hautement interconnecté d'ascendance commune. Cette belle notion de la connectivité de toutes les espèces soutient le mode de pensée évolutif de la vie.

Une phylogénie est un diagramme en arbre de la place de l'organisme dans l'évolution. Une phylogénie peut être construite sur la base d'un ancêtre commun et de ses descendants. Chaque branche de l'arbre de vie représente une divergence par rapport à l'ancêtre d'origine dans lequel un nouveau trait a évolué qui a différencié ses descendants en une nouvelle espèce.

Si vous regardez une phylogénie de base (essayez d'en trouver une avec seulement trois ou quatre branches), vous verrez une « tige » au bas de l'arbre. Cela représente le premier ancêtre commun de tous les autres organismes de l'arbre. En regardant de près l'arbre, vous verrez différentes « branches » avec différents organismes qui leur sont assignés. Chaque division de l'arbre est appelée un nœud. Ce nœud représente l'endroit où un nouveau trait s'est développé et l'ancêtre a divergé en une nouvelle espèce. Un nœud représente également l'ancêtre commun hypothétique de l'espèce divergente. L'ancêtre commun hypothétique d'une espèce est l'ancêtre génétiquement le plus proche de cette nouvelle espèce.

Par exemple, si nous parlions de plantes, l'organisme à la tige de l'arbre pourrait représenter le premier organisme photosynthétique. La première branche de l'arbre représenterait le développement de la capacité de vivre sur terre plutôt que dans l'eau. Ce sont les plantes du premier groupe qui se séparent de la tige principale de l'arbre. La branche pourrait représenter l'endroit où le tissu vasculaire a évolué, produisant un nouvel organisme qui pourrait développer de vraies racines, tiges et feuilles. Le nœud suivant avec les organismes qui l'accompagnent pourrait représenter le développement des graines. Le nœud suivant représenterait le développement des plantes à fleurs.

Tous ces traits ont différencié l'ancêtre en une autre espèce avec une nouvelle adaptation à son environnement. Cette nouvelle adaptation donne à cet organisme une autre capacité à ajouter à son répertoire. Cet organisme est désormais une nouvelle espèce car son ADN a fondamentalement changé, il ne peut donc plus se reproduire au sein de son espèce ancestrale.

Cet arbre de vie démontre la connectivité génétique des espèces. Si vous tracez la lignée génétique d'un organisme, vous pouvez continuer à retracer son histoire génétique et évolutive pour découvrir des liens avec des organismes passés. C'est ainsi que ces arbres sont construits. Ces traits qui différencient les espèces ont tous une base génétique.

La découverte de l'interdépendance des organismes par la parenté génétique à l'aide de la phylogénétique attire l'attention sur les différences de groupement en utilisant la taxonomie traditionnelle et la nomenclature binomiale. La taxonomie utilise des caractéristiques morphologiques similaires pour regrouper les organismes. Darwin s'est éloigné de cette idée lorsqu'il a commencé à utiliser la relation évolutive avec les organismes de groupe.

Les deux méthodes de classification sont toutes deux utiles, mais elles utilisent des techniques de regroupement différentes. Chaque forme de classification peut être utilisée à des fins différentes. De nombreux scientifiques soutiennent que le point de vue phylogénétique est plus précis sur le plan biologique car il retrace l'histoire de l'évolution à travers la génétique.


Modèles Anneau de Vie

Figure 6. Selon le modèle phylogénétique de « l'anneau de la vie », les trois domaines de la vie ont évolué à partir d'un pool de procaryotes primitifs.

D'autres ont proposé d'abandonner tout modèle arborescent de phylogénie en faveur d'une structure en anneau, la soi-disant "anneau de vie» (Figure 6) un modèle phylogénétique où les trois domaines de la vie ont évolué à partir d'un pool de procaryotes primitifs. Lake, utilisant à nouveau l'algorithme de reconstruction conditionnée, propose un modèle en forme d'anneau dans lequel les espèces des trois domaines - Archaea, Bacteria et Eukarya - ont évolué à partir d'un seul pool de procaryotes échangeant des gènes. Son laboratoire propose que cette structure convient le mieux aux données d'analyses d'ADN approfondies effectuées dans son laboratoire, et que le modèle en anneau est le seul qui prend en compte de manière adéquate le HGT et la fusion génomique. Cependant, d'autres phylogénéticiens restent très sceptiques à l'égard de ce modèle.

En résumé, nous devons modifier le modèle de « l'arbre de vie » de Darwin pour inclure HGT. Cela signifie-t-il abandonner complètement le modèle de l'arbre ? Même Lake soutient que les scientifiques devraient tenter de modifier le modèle d'arbre pour lui permettre de s'adapter avec précision à ses données, et seule l'incapacité de le faire influencera les gens vers sa proposition d'anneau.

Cela ne signifie pas qu'un arbre, une toile ou un anneau sera complètement corrélé à une description précise des relations phylogénétiques de la vie. Une conséquence de la nouvelle réflexion sur les modèles phylogénétiques est l'idée que le concept original d'arbre phylogénétique de Darwin est trop simple, mais avait un sens basé sur ce que les scientifiques savaient à l'époque. Cependant, la recherche d'un modèle plus utile se poursuit : chaque modèle sert d'hypothèses à tester avec la possibilité de développer de nouveaux modèles. C'est ainsi que la science avance. Les chercheurs utilisent ces modèles comme des visualisations pour aider à construire des relations évolutives hypothétiques et à comprendre la quantité massive de données à analyser.

En résumé : Perspectives sur l'arbre phylogénétique

L'arbre phylogénétique, utilisé pour la première fois par Darwin, est le modèle classique d'« arbre de vie » décrivant les relations phylogénétiques entre les espèces, et le modèle le plus couramment utilisé aujourd'hui. De nouvelles idées sur le HGT et la fusion du génome ont amené certains à suggérer de réviser le modèle pour qu'il ressemble à des toiles ou des anneaux.


Radiations adaptatives

Comme nous l'avons appris, l'« explosion » cambrienne fait référence à une augmentation de la biodiversité des organismes multicellulaires au début du Cambrien, il y a 542 millions d'années. La vie multicellulaire n'est apparue que quelques dizaines de millions d'années avant le début du Cambrien, sous forme de fossiles énigmatiques (Ediacaran biota) présentant des schémas corporels différents des animaux actuels. Celles-ci ont en grande partie disparu et ont été remplacées par la faune cambrienne, dont la variété comprend tous les plans corporels trouvés dans les phylums animaux actuels. L'apparition de la faune cambrienne, bien que relativement rapide dans le temps évolutif, s'étend en réalité sur des millions d'années, elles ne sont pas toutes apparues simultanément, comme le terme « explosion » l'implique à tort.

Rayonnements adaptatifs sont des périodes d'augmentation de la biodiversité et de spéciation rapide dans le temps géologique, et elles se produisent lorsque de nouvelles niches écologiques deviennent disponibles, comme cela se produit après un événement climatique majeur comme la révolution de l'oxygène ou après une extinction de masse. Les radiations adaptatives peuvent également se produire en réponse à une "innovation clé", un trait adaptatif nouveau dans l'environnement. Les exemples incluent des traits tels que la multicellularité, les ailes, les éperons de nectar chez les fleurs ou les molaires plates chez les mammifères. Chacun d'entre eux ouvre de nouvelles ressources disponibles aux individus présentant le trait. Considérez l'évolution des mâchoires. La capacité de mordre d'autres organismes ouvre un éventail de proies disponibles.

Dans une phylogénie, un rayonnement adaptatif ressemble souvent à la pointe d'un pinceau, avec de nombreux poils courts (branches) sortant d'une branche plus longue.

Le rayonnement des espèces cambriennes a également coïncidé avec une augmentation de l'oxygène libre à des niveaux presque actuels (plus de détails ci-dessous), ce qui est important car l'oxygène disponible permet une utilisation très efficace de l'énergie métabolique.


  • Charles Darwin a esquissé le premier arbre phylogénétique en 1837.
  • Un seul tronc sur un arbre phylogénétique représente un ancêtre commun et les branches représentent la divergence des espèces par rapport à cet ancêtre.
  • Les procaryotes sont supposés évoluer de manière clonale dans le modèle d'arbre classique.
  • Le transfert horizontal de gènes est le transfert de gènes entre espèces non apparentées et, en tant que tel, complique le modèle d'arbre simple.
  • Le transfert de gènes ultime a fourni des théories sur la fusion du génome entre des organismes symbiotiques ou endosymbiotiques.
  • phylogénétique: de, ou se rapportant au développement évolutif des organismes
  • clonage: relatif à la reproduction asexuée
  • transfert horizontal de gènes: le transfert de matériel génétique d'un organisme à un autre qui n'est pas sa progéniture particulièrement fréquent chez les bactéries

Les concepts de modélisation phylogénétique sont en constante évolution. C'est l'un des domaines d'études les plus dynamiques de toute la biologie. Au cours des dernières décennies, de nouvelles recherches ont remis en question les idées des scientifiques sur la façon dont les organismes sont liés. De nouveaux modèles de ces relations ont été proposés pour examen par la communauté scientifique. De nombreux arbres phylogénétiques ont été montrés comme modèles de la relation évolutive entre les espèces. Les arbres phylogénétiques sont originaires de Charles Darwin, qui a esquissé le premier arbre phylogénétique en 1837, qui a servi de modèle pour les études ultérieures pendant plus d'un siècle. Le concept d'arbre phylogénétique avec un seul tronc représentant un ancêtre commun, avec des branches représentant la divergence des espèces de cet ancêtre, s'intègre bien à la structure de nombreux arbres communs, comme le chêne. Cependant, les preuves de l'analyse moderne des séquences d'ADN et des algorithmes informatiques nouvellement développés ont suscité un scepticisme quant à la validité du modèle d'arbre standard dans la communauté scientifique.

Figure (PageIndex<1>) : Arbre de la vie: Le (a) concept de "l'arbre de vie" remonte à une esquisse de 1837 de Charles Darwin. Comme un (b) chêne, l'"arbre de vie" a un seul tronc et de nombreuses branches.

La pensée classique sur l'évolution procaryote, incluse dans le modèle d'arbre classique, est que les espèces évoluent de manière clonale. C'est-à-dire qu'ils produisent eux-mêmes une progéniture avec uniquement des mutations aléatoires provoquant la descente dans la variété d'espèces modernes et éteintes connues de la science. Ce point de vue est quelque peu compliqué chez les eucaryotes qui se reproduisent sexuellement, mais les lois de la génétique mendélienne expliquent que la variation de la progéniture, encore une fois, est le résultat d'une mutation au sein de l'espèce. Le concept de transfert de gènes entre espèces non apparentées n'a été considéré comme une possibilité que relativement récemment. Le transfert horizontal de gènes (HGT), également connu sous le nom de transfert latéral de gènes, est le transfert de gènes entre espèces non apparentées. HGT s'est avéré être un phénomène omniprésent, de nombreux évolutionnistes postulant un rôle majeur pour ce processus dans l'évolution, compliquant ainsi le modèle d'arbre simple. Il a été démontré que les gènes sont transmis entre des espèces qui ne sont que de loin apparentées en utilisant la phylogénie standard, ajoutant ainsi une couche de complexité à la compréhension des relations phylogénétiques. Enfin, comme exemple de transfert de gène ultime, des théories de fusion de génomes entre organismes symbiotiques ou endosymbiotiques ont été proposées pour expliquer un événement d'une grande importance : l'évolution de la première cellule eucaryote, sans laquelle l'homme n'aurait pu exister.


Un guide de terrain pour le nouvel arbre de vie

Si vous êtes un accro de l'actualité scientifique, vous l'avez peut-être vu en parcourant votre fil d'actualité : le nouvel Arbre de Vie. Le mois dernier, des chercheurs ont annoncé qu'ils avaient utilisé des séquences génétiques pour construire une image beaucoup plus inclusive de l'arbre de vie. L'arbre est unique car il comprend de nombreuses espèces microbiennes que les chercheurs n'ont même jamais vues, et encore moins découvert comment pousser en laboratoire. Nous connaissons ces lignées exclusivement à partir de morceaux d'ADN fragmentés que les chercheurs ont extraits d'une grande variété d'environnements, des prairies californiennes aux systèmes de geysers. Une partie de l'ADN a même été collectée à l'intérieur de la gueule des dauphins ! Les chercheurs ont assemblé ces morceaux d'ADN comme un puzzle jusqu'à ce qu'ils obtiennent les génomes complets de ces organismes mystérieux et utilisent ces informations pour localiser leurs branches sur l'arbre. Tout cela est fascinant &mdash, mais lorsque vous creusez et commencez à regarder ce nouvel arbre, vous ne seriez pas blâmé de vous demander : « Euh, où est l'arbre ici ? » Le nouvel arbre de vie, en fait, ressemble plus à un feu d'artifice explosif qu'à un chêne ou à un orme. Ici, nous allons explorer un outil qui peut vous aider à interpréter différents styles d'arbres évolutifs (c.

Où est l'évolution ?

Un coup d'œil sur ce nouvel arbre est susceptible d'inspirer de nombreuses questions. Où est la racine de l'arbre ? Pourquoi certaines branches poussent-elles vers le bas ? Pourquoi toutes ces couleurs différentes ? Comment se fait-il que certaines branches soient plus longues que d'autres ? Que signifient les points rouges ? Et surtout, comment puis-je savoir quelles lignées sont les plus étroitement liées les unes aux autres ?

Cliquez pour voir une version plus grande.

Le Field Guide to Evolutionary Trees est une fonction interactive qui peut aider à comprendre les arbres confus. Cela fait partie du nouveau domaine de Understanding Evolution consacré à la phylogénétique appelé The Tree Room. Utilisons le Field Guide pour interpréter ce nouvel arbre. Vous pouvez suivre en utilisant le Guide de terrain pour vous-même si vous le souhaitez.

Pour utiliser le guide de terrain, vous devez d'abord décider quel style d'arbre ressemble le plus au nouvel arbre de vie. Tous les arbres du guide de terrain (illustrés ci-dessous à gauche) représentent la même chose &mdash relations évolutives &mdash mais ils utilisent des styles de ligne différents pour ce faire, ce qui donne souvent des arbres assez différents les uns des autres mais affichant les mêmes informations. L'arbre en forme d'étoile (entouré ci-dessous) ressemble beaucoup au nouvel arbre de vie.

Commencez par sélectionner l'arbre du guide de terrain qui ressemble le plus à l'arbre qui vous intéresse. L'arbre encerclé est celui qui ressemble le plus au nouvel arbre de vie.

En cliquant sur l'arbre en étoile, les utilisateurs sont dirigés vers cette page du guide de terrain qui explique les fonctionnalités de base de l'arbre en étoile.

En cliquant sur l'arbre en étoile, vous accédez à une version simple de ce type d'arbre (en haut à droite) qui ne montre que quatre taxons. En cliquant sur les boutons et les points d'interrogation sur cette page, vous pouvez répondre à quelques questions importantes sur le nouvel Arbre de Vie, notamment :

  • Où est la racine de l'arbre et pourquoi certaines branches poussent-elles vers le bas ? Cet arbre n'a pas de racine car les scientifiques ne savent pas quelle lignée est la plus ancienne et quelle lignée est la moins étroitement liée aux autres. L'étude qui a produit cet arbre n'a pas été conçue pour rechercher la racine de l'arbre de vie mais pour examiner la diversité de la vie sur Terre aujourd'hui. Lorsqu'un arbre n'est pas enraciné, les scientifiques organisent souvent les lignées arbitrairement selon un motif en étoile pour économiser de l'espace et renforcer le message selon lequel ils ne prétendent pas où se trouve la racine de l'arbre. Même ainsi, ces arbres sont généralement disposés de sorte que les branches les plus susceptibles de s'attacher à la racine soient vers le centre du diagramme (comme indiqué ci-dessous à gauche). Sur un arbre en étoile comme celui-ci, le temps s'écoule généralement de la zone centrale de l'arbre vers l'extérieur dans toutes les directions. Les lignées ancestrales plus anciennes se connectent les unes aux autres au milieu du diagramme.

Dans les arbres de style starburst, comme le nouvel arbre de vie, le temps s'écoule généralement du centre du diagramme vers l'extérieur dans toutes les directions.

Cette branche du nouvel arbre de vie a été étiquetée pour montrer comment interpréter la proximité des relations évolutives sur un arbre de style starburst. Les gammaprotéobactéries et les bêtaprotéobactéries sont plus étroitement liées les unes aux autres que l'une ou l'autre ne l'est avec les acidithiobacilles.

  • Comment puis-je savoir quelles lignées sont les plus étroitement liées les unes aux autres ? Pour comprendre cela, vous devez regarder les points de l'arbre où deux branches se rencontrent (c'est-à-dire les nœuds de l'arbre). Les nœuds représentent les ancêtres communs des lignées au sommet de l'arbre. Plus deux lignées partagent un ancêtre commun, plus elles sont étroitement liées. Ainsi, par exemple, si vous regardez le côté gauche du nouvel arbre de vie (montré ci-dessus à droite), vous verrez que les gammaprotéobactéries et les bêtaprotéobactéries sont plus étroitement liées les unes aux autres que l'une ou l'autre ne l'est avec les acidithiobacilles parce que leur plus l'ancêtre commun récent est plus jeune que l'ancêtre que chacun partage avec les Acidithiobacillia.

Pour répondre aux autres questions sur cet arbre, vous devrez cliquer sur le bouton « caractéristiques avancées de l'arbre » dans le Guide de terrain. Ensuite, en cliquant sur les points d'interrogation de cet arbre plus complexe, vous pourrez répondre à d'autres questions sur le nouvel Arbre de Vie, notamment :

  • Pourquoi toutes ces couleurs différentes ? Sur cet arbre, les couleurs désignent différents groupes nommés. Recherchez simplement les couleurs sur les branches qui correspondent aux couleurs de police dans lesquelles les noms sont écrits. Si vous parcourez le périmètre de l'arbre, vous verrez de nombreux groupes inconnus (Aenigmarchaeota, n'importe qui ?) cas peut parfois être (Amoebozoa, Chlamydiae!). Incidemment, toute la vie végétale, fongique et animale (y compris nous, les humains) est représentée par deux minces éclats de la branche eucaryote vert menthe dans la partie inférieure droite du diagramme (illustré ci-dessous) &mdash Opisthokonta (animaux et champignons) et les Archaeoplastida (les plantes).

Les animaux, les champignons et les plantes représentent une infime fraction de la diversité montrée sur le nouvel arbre de vie.

  • Pourquoi certaines branches sont-elles plus longues que d'autres ? Sur cet arbre, la longueur des branches représente la quantité de changement évolutif reflété par les différences entre les séquences d'ADN des organismes. Le long des branches plus longues, plus de changement de séquence s'est produit que le long des branches plus courtes. Ainsi, par exemple, la lignée Eukaryote/DPANN/Archaea/TACK se trouve au bout d'une très longue branche (comme illustré ci-dessous). Cela signifie qu'il existe de nombreuses différences génétiques entre les organismes de ce groupe et les autres organismes de l'arbre. Pour déterminer exactement l'ampleur du changement, vous devez utiliser la barre d'échelle, qui indique 0,4, ce qui signifie que pour chaque segment de branche de cette longueur, 0,4 substitutions de nucléotides par site se sont produites dans les gènes utilisés pour générer cet arbre.

Dans le nouvel arbre de vie, la longueur des branches indique le nombre de substitutions de nucléotides qui se sont accumulées le long de cette branche.

Les diagrammes en arbre ajoutent parfois des étiquettes ou des symboles pour mettre en évidence des caractéristiques particulières de l'arbre, dans ce cas des points rouges. La légende de l'arbre dans l'article scientifique original décrit la signification des points rouges. Chacun de ces points représente une lignée qu'aucun scientifique n'a jamais vue et qui n'est connue que par l'ADN. En fait, les scientifiques travaillant sur cette étude ont découvert 1011 organismes distincts de cette façon ! On pense que beaucoup de ces lignées récemment découvertes sont des symbiotes et des membres mdash des microbiomes d'autres espèces. Bien que cela soit impressionnant, cela représente presque certainement une petite partie de la diversité microbienne qui attend encore d'être découverte. Pour cette étude, l'ADN a été collecté dans six environnements très différents, mais cette variation est loin d'englober toute la gamme des environnements sur Terre, qui sont presque tous habités par différentes sortes de microbes. Alors que les scientifiques utilisent des outils génétiques pour creuser de plus en plus profondément dans toute la diversité de la vie, ils ajouteront sûrement de nouvelles explosions à ce feu d'artifice déjà somptueux ! Et comme ces nouvelles branches sont greffées sur l'arbre et que ces informations sont affichées de différentes manières, vous pourrez revenir au guide de terrain et à la salle des arbres pour vous aider à comprendre ce que tout cela signifie.

Comprendre les ressources d'Evolution :

Discussion et questions d'extension

Utilisez le guide de terrain pour répondre aux questions sur cet arbre, qui montre les mêmes relations décrites dans le nouvel arbre de vie, mais dans un format différent.


Voir la vidéo: Larbre de Vie (Décembre 2021).