Fiche de révision : Phylogénie et arbre du vivant

📋 Plan du Cours

1. Problématique et lecture des arbres
2. Organismes et caractères comparés
3. Polarisation des caractères
4. Matrice et parcimonie
5. Homologie et groupes phylogénétiques
6. Interpréter et questionner un arbre
7. Les trois domaines du vivant
8. Diversité des lignées eucaryotes
9. Échelles et diversité microbienne

📖 1. Problématique et lecture des arbres

🔑 Notions clés & Définitions

• Question phylogénétique : Question précise à laquelle l’arbre doit répondre, par exemple déterminer la position des oiseaux par rapport aux crocodiles et aux tortues.
• Polytomie : Nœud d’où partent plusieurs branches lorsque les données ne permettent pas de déterminer précisément les relations de parenté.

📝 Points essentiels

• La racine représente le côté le plus ancien de l’arbre et permet d’orienter l’histoire évolutive.

💡 Astuce mémo

Racine = ancien ; polytomie = incertitude

📖 2. Organismes et caractères comparés

🔑 Notions clés & Définitions

• Caractère homologue : Structures héritées d’un ancêtre commun, mais une simple similitude constitue seulement une hypothèse d’homologie.

★ À maîtriser

• La construction d’un arbre commence par la sélection d’organismes représentatifs des groupes étudiés afin de comparer leurs caractères et de reconstruire leurs relations de parenté.

Compléments

• Les caractères comparés peuvent être:
  • la mandibule
  • la présence d’un gésier
  • le bec corné
  • les séquences d’ADN

📖 3. Polarisation des caractères

🔑 Notions clés & Définitions

• Extra-groupe : Groupe constitué d’un ou plusieurs organismes extérieurs au groupe d’étude mais suffisamment proches pour servir de référence dans la détermination des états ancestraux et dérivés.

★ À maîtriser

📌 Un état présent dans le groupe d’étude et dans l’extra-groupe est considéré comme général et primitif, tandis qu’un état présent uniquement dans le groupe d’étude est une innovation et un état dérivé.

Compléments

• Dans l’exemple étudié, la mandibule non fenestrée est l’état primitif et la mandibule fenestrée est l’état dérivé.

💡 Astuce mémo

Extra-groupe → état ancestral ou dérivé

📖 4. Matrice et parcimonie

🔑 Notions clés & Définitions

• Parcimonie : Méthode qui retient l’arbre nécessitant le plus petit nombre de transformations des caractères, c’est-à-dire l’arbre le plus court.

★ À maîtriser

• 🔄 La matrice est construite en: sélectionnant plusieurs caractères, attribuant un état à chaque organisme, codant 0 l’état partagé avec l’extra-groupe, codant 1 l’état partagé dans le groupe d’étude

📌 Un caractère qui présente exactement le même état chez tous les organismes étudiés est non informatif, car il ne permet pas de distinguer les groupes.

Compléments

• Lorsque les arbres possibles ont respectivement une longueur L = 6, L = 4 et L = 5, l’arbre retenu est celui dont la longueur vaut L = 4.

💡 Astuce mémo

Matrice → arbres possibles → parcimonie

📖 5. Homologie et groupes phylogénétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Synapomorphie : Caractère dérivé partagé, hérité d’un ancêtre commun exclusif, qui permet de définir un groupe monophylétique.
• Groupe monophylétique : Groupe comprenant un ancêtre commun et tous ses descendants.
• Groupes frères : Deux groupes monophylétiques qui partagent entre eux leur ancêtre commun le plus récent et forment ensemble un groupe monophylétique.

💡 Astuce mémo

Synapomorphie = héritage commun ; homoplasie = apparitions indépendantes

📖 6. Interpréter et questionner un arbre

🔑 Notions clés & Définitions

• Groupe paraphylétique : Groupe contenant un ancêtre commun mais pas l’ensemble de ses descendants.

★ À maîtriser

📌 Les oiseaux sont plus proches des crocodiles que des tortues, car ils partagent avec les crocodiles un ancêtre commun plus récent.

• Un arbre dépend de:
  • les organismes étudiés
  • les caractères choisis
  • les données disponibles
  • les hypothèses formulées

Compléments

• Le groupe traditionnel des reptiles est paraphylétique lorsqu’il exclut les oiseaux, car les oiseaux descendent d’un ancêtre commun appartenant à la lignée des reptiles.

💡 Astuce mémo

Monophylétique = tous les descendants ; paraphylétique = descendants manquants

📖 7. Les trois domaines du vivant

★ À maîtriser

• Les trois domaines sont:

  • Bactéries
  • Archées
  • Eucaryotes

• Bactéries et Archées sont dépourvues de:

  • noyau
  • organites
  • cytosquelette

📌 Dans l’hypothèse actuelle présentée, les Archées ne forment pas un groupe monophylétique et apparaissent plus proches des Eucaryotes que des Bactéries.

Compléments

• Les relations entre les trois domaines sont notamment étudiées à partir des ARN ribosomiques 16S et 18S.

📌 Les Archées possèdent des chaînes d’acides gras ramifiées, tandis que les Bactéries et les Eucaryotes possèdent des chaînes d’acides gras non ramifiées.

💡 Astuce mémo

BAE : Bactéries, Archées, Eucaryotes

📖 8. Diversité des lignées eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Eucaryotes : Organismes dont les principales synapomorphies sont la présence d’un noyau, la compartimentation du cytoplasme et la présence d’un cytosquelette.

★ À maîtriser

• Les Eumycètes sont des champignons hétérotrophes, aérobies, unicellulaires ou pluricellulaires, dont la paroi contient de la chitine.

📌 Les Eumycètes appartiennent aux Opisthocontes avec les animaux, et les animaux comme les Eumycètes appartiennent aux Amorphés.

• Les algues citées appartiennent à:
  • les algues vertes aux Chlorobiontes
  • les algues rouges aux Rhodobiontes
  • les algues brunes aux Straménopiles

Compléments

• Les Eumycètes sécrètent des enzymes lytiques qui dégradent la matière organique à l’extérieur des cellules, ce qui constitue une exodigestion.

• Les Archéoplastidés comprennent notamment:

  • les algues vertes
  • les plantes terrestres
  • les algues rouges

• Les Straménopiles possèdent deux flagelles différents, l’un lisse et l’autre plumeux, et les Ochrophytes possèdent des plastes à quatre membranes issus d’une endosymbiose secondaire.

💡 Astuce mémo

Ressemblance ≠ parenté : champignons proches des animaux

📖 9. Échelles et diversité microbienne

★ À maîtriser

• Les morphologies bactériennes comprennent:

  • coque
  • bacille
  • spirille
  • spirochète

• Les bactéries jouent un rôle de décomposeurs et participent au recyclage de la matière ainsi qu’aux cycles biogéochimiques, notamment le cycle de l’azote.

• Les cyanobactéries possèdent de la chlorophylle a et des photosystèmes, réalisent la photosynthèse et ont contribué à l’enrichissement de l’atmosphère en oxygène il y a environ 2,5 milliards d’années.

📌 L’échelle doit être connue avant d’interpréter une image, car un pore nucléaire mesure environ 2,2 µm tandis qu’un cratère lunaire mesure environ 20 km.

Compléments

• Les bactéries peuvent être photo-autotrophes, photo-hétérotrophes, chimio-autotrophes ou chimio-hétérotrophes, et être aérobies ou anaérobies.

• Les bactéries du genre Rhizobium vivent dans les nodosités des racines de certaines plantes comme le trèfle et peuvent fixer l’azote en symbiose avec ces plantes.

📐 Formule - La photosynthèse des cyanobactéries est représentée par $6CO_2 + 6H_2O + lumière \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

• Les Archées sont unicellulaires, présentent notamment les formes coque, bacille, spirille et spirochète, et certaines sont thermophiles, hyperthermophiles, halophiles ou acidophiles.

• Certaines Archées sont méthanogènes, c’est-à-dire qu’elles produisent du méthane, et aucun pathogène archéen connu n’est indiqué dans le cours.

• Les bactéries et les Archées mesurent environ 0,5 µm à plusieurs dizaines de µm, la plupart des cellules eucaryotes animales environ 10 à 30 µm et la plupart des cellules eucaryotes photosynthétiques environ 30 à 100 µm.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des trois domaines