Ancêtres communs et arbres phylogénétiques

Un lézard ressemble davantage à une grenouille qu'à une souris. Pourtant, dans l'arbre de parenté des vertébrés, le lézard et la souris sont les plus proches parents.

Les mêmes os, des fonctions différentes

Le bras humain, la patte avant du chien, l'aile de l'oiseau et la nageoire de la baleine remplissent des fonctions très différentes, mais sont construits à partir des mêmes os, disposés dans le même ordre. Les biologistes parlent de structures homologues : elles se ressemblent parce que ces animaux les ont héritées d'un ancêtre commun, puis que l'évolution en a modifié la forme et la taille. Certaines structures semblent n'avoir aucune utilité, comme les ailes des oiseaux incapables de voler ou les petits os des membres postérieurs des baleines. Ces structures vestigiales sont les restes d'organes qui fonctionnaient chez leurs ancêtres.

Se ressembler ne signifie pas toujours être apparenté. Insectes et chauves-souris volent avec des ailes, mais celles-ci sont issues de parties du corps totalement différentes. Ces caractères, apparus séparément dans des groupes non apparentés confrontés à des problèmes similaires, sont des structures analogues. Le processus s'appelle convergence évolutive. Le pelage hivernal blanc du renard polaire et le plumage hivernal blanc du lagopède en sont un autre exemple : tous deux se cachent dans la neige, sans pour autant partager un ancêtre récent.

D'autres indices vont dans le même sens. Les embryons de vertébrés, y compris humains, présentent des arcs pharyngiens et une queue à un stade précoce. Chez l’humain, ces arcs contribuent aux structures de la tête et du cou, et non à des branchies fonctionnelles. Tous les êtres vivants utilisent l'ADN et un code génétique presque identique, comme on s'y attend si toute vie partage un ancêtre commun. Plus deux groupes sont proches, plus leurs séquences d'ADN se ressemblent. La répartition des animaux concorde aussi : les groupes apparus avant la fragmentation du supercontinent Pangée, il y a environ 200 millions d'années, sont présents dans le monde entier, tandis que l'Australie, longtemps isolée, abrite de nombreux marsupiaux introuvables ailleurs.

Comment lire un arbre

Un arbre phylogénétique représente les liens de parenté. Darwin en esquissa un dans un carnet en 1837, et un schéma ramifié est la seule illustration d’On the Origin of Species. Dans un arbre enraciné, la racine, à gauche dans l'expérience ci-dessous, représente l'ancêtre de tous les groupes de l'arbre. Chaque nœud correspond à la séparation d'une lignée en deux. Les noms aux extrémités sont des groupes actuels. Deux groupes issus du même nœud sont des taxons frères ; un groupe qui se sépare près de la racine et reste isolé est un taxon basal. Un nœud comportant plus de deux branches, une polytomie, signifie que l'ordre des séparations n'est pas encore connu.

Pour déterminer la proximité de deux groupes, remonte leurs branches vers la racine jusqu'à leur rencontre. Ce point est leur dernier ancêtre commun. Plus il est récent, plus les groupes sont proches. Trois habitudes peuvent induire en erreur. L'ordre des noms aux extrémités ne signifie rien : on peut faire pivoter un nœud comme un mobile sans changer les parentés. Sauf indication contraire, la longueur d'une branche ne représente pas le temps. Enfin, aucun groupe actuel de l'arbre n'est l'ancêtre d'un autre : deux groupes frères partagent un ancêtre, mais aucun n'a donné naissance à l'autre.

Dans l'arbre ci-dessus, le lézard et la souris se rejoignent au nœud marqué par l'œuf amniotique, un œuf muni de membranes permettant son développement sur la terre ferme. La grenouille se sépare plus tôt : elle est donc une parente plus éloignée des deux, même si grenouilles et lézards nous paraissent semblables. Crocodiles et oiseaux se rejoignent à un nœud propre, ce qui fait d'eux leurs plus proches parents actuels respectifs. Les arbres sont construits à partir des fossiles, de l'anatomie et, de plus en plus, de l'ADN. Ce sont des hypothèses révisées avec les nouvelles données. Une révision en a surpris plus d'un : l'hippopotame ressemble davantage au porc, mais pourrait être le plus proche parent actuel des baleines.