Classe À l’origine, les subdivisions des règnes animal, végétal et minéral. La classe est aujourd’hui un groupe d’organismes, un rang taxonomique qui se situe audessus de l’ordre et sous le phylum et la division. Les mammifères, par exemple, forment une classe.
Classification de Linné C’est la taxonomie (classification) des organismes que conçut Carl von Linné. Depuis, la classification moderne a considérablement évolué et on utilise les règnes, classes, ordres, familles, genres et espèces.
Espèce Cette unité de classement biologique (la plus basse du classement taxonomique original) a traditionnellement désigné un groupe d’organismes se reproduisant entre eux, même si cette acception n’est pas toujours utilisée de nos jours. Dans les noms composés, comme Homo sapiens, le deuxième mot désigne l’espèce. Les animaux sont divisés en plusieurs sous-espèces, alors que d’autres règnes ont encore plus de sous-divisions.
Génotype Informations génétiques qui définissent l’unicité d’un organisme ou d’une cellule, incluant des variations dans les séries parallèles de chromosomes. Parfois utilisé par opposition au phénotype.
Genre Groupe d’organismes qui possèdent des caractéristiques communes qui les distinguent de celles de tout autre groupe, le genre est un rang dans la taxonomie qui se situe au-dessus de l’espèce mais sous la famille. Dans les appellations latines (par exemple Homo sapiens), le premier mot fait référence au genre et le second, à l’espèce.
Hybridation Formation d’hybrides, organismes conçus par croisement de parents généralement d’espèces différentes. L’hybridation peut aussi avoir lieu parmi les sous-espèces et, occasionnellement, les familles.
Mutation Changement génétique chez un individu qui peut être passé à la génération suivante. Les mutations peuvent, mais pas nécessairement, causer des changements du phénotype.
Obstacle taxonomique Limites de nos connaissances taxonomiques; on qualifie d’obstacle taxonomique le fait que la plupart des espèces ne sont probablement pas bien classées et qu’il n’existe guère plus de taxonomistes pour entreprendre cette tâche.
Ordre Rang de la taxonomie situé entre la classe et la famille. Les primates et les lépidoptères, par exemple, forment des ordres.
Phénotype Ensemble des caractéristiques visibles d’un organisme; parfois mis en contraste avec le génotype, qui représente la totalité des informations génétiques.
Phylogénie/arbre phylogénétique Diagramme (parfois surnommé l’arbre de vie) qui présente les liens de l’évolution entre les espèces. Ces liens étaient autrefois basés sur les caractéristiques physiques, mais ils sont de nos jours plutôt dépendants des similitudes génétiques. Le mot « phylum » désigne une division taxonomique sous le règne mais au-dessus de la classe.
Règne À l’origine, le plus haut classement naturel (les règnes animal, végétal et minéral), et depuis, relégué à la taxonomie (classification des organismes), au-dessus de l’embranchement, mais sous le domaine. Les règnes sont: animal, plante, mycète, protiste et monère (parfois divisé en archées et bactéries).
Reproduction asexuée Mode de reproduction par lequel un organisme n’a qu’un parent et, donc, est une copie génétique, ou clone, de ce parent, ne portant que les gènes de ce parent. Cela inclut la parthénogénèse, la fission (la séparation en deux parties), la sporulation et la fragmentation.
Taxon Ensemble d’organismes dans une unité particulière, par exemple une espèce. Ce sont les composantes de base d’une classification structurée (taxonomie) comme celle de Linné.
Taxonomie Science des lois et des principes de la classification des organismes qui a pour but de les regrouper en entités appelées taxons.
Taxonomiste En biologie, spécialiste de la classification des organismes vivants.
Transfert latéral des gènes Transfert de gènes d’un organisme à un autre hors reproduction.
Le chapitre 14 du livre De l’origine des espèces débute ainsi: « Depuis la période la plus reculée de l’histoire du globe, on constate entre les êtres organisés une ressemblance continue héréditaire, de sorte qu’on peut les classer en groupes subordonnés à d’autres groupes. » Cette hiérarchie imbriquée de groupes en groupes était évidente dans le système de classement de Linné au XVIIIe siècle – ce système utilisé à l’époque de Darwin l’est encore aujourd’hui. Il incombe aux taxonomistes d’établir ces classements et de les adapter aux nouvelles découvertes. Ce travail d’Hercule consiste à découvrir et à décrire toutes les espèces vivantes, à les inclure dans des groupes, puis à donner un rang à ces groupes, le tout selon des normes très strictes. Il doit exister près de neuf millions d’eucaryotes (organismes qui présentent un noyau dans leurs cellules), mais moins du quart sont catalogués! Nous comptons sur la taxonomie pour conserver, comprendre et utiliser la biodiversité, et cette pénurie d’informations est connue sous l’appellation d’obstacle taxonomique. Les taxonomistes soulignent avec dépit que même si on a marché sur la Lune, qu’on rêve de trouver de la vie sur Mars et bien qu’on sache séquencer le génome humain, on néglige la tâche urgente de documenter les espèces avec qui nous partageons notre planète.
Les taxonomistes s’efforcent de documenter les espèces et d’établir des classifications qui traduisent leur trajectoire évolutive.
Les espèces sont l’unité fondamentale de la classification de Linné. Certains s’interrogent sur le fait que les espèces soient « réelles », en tant qu’entités sur lesquelles l’évolution agirait, ou qu’elles ne soient que des inventions des taxonomistes. Réelles ou pas, classifier et décrire les espèces est une tâche problématique, ne serait-ce que parce qu’il n’existe aucun concept universel des espèces que tous les taxonomistes peuvent adopter.
CARL VON LINNÉ
1707-1778
Botaniste suédois qui ébaucha une théorie de catégories hiérarchiques imbriquées et qui établit des conventions universelles pour la classification des organismes.
CHARLES DARWIN
1809-1882
Naturaliste anglais dont la théorie expliqua pourquoi les classifications naturelles étaient composées de groupes à l’intérieur d’autres groupes.
Julie Hawkins
La classification de Linné le rendit célèbre dans toute l’Europe. Le philosophe Jean-Jacques Rousseau a dit de lui: « Je ne connais pas de plus grand homme sur Terre. »
En 1837, Darwin dessina un diagramme représentant une sorte d’arbre dans son carnet, au-dessus duquel il écrivit: « Je pense. » Il pensait que ce dessin représentait le résultat de la descendance avec ses modifications – le processus même de l’évolution. Ce croquis constitue la première esquisse de ce que nous appelons aujourd’hui la phylogénie. La phylogénie, ou l’arbre phylogénétique, décrit comment, durant des millions d’années, les premières espèces évoluent en de nouvelles. Elle démontre du coup la relation entre ces espèces et nous renseigne sur les étroites relations entre des groupes taxonomiques plus précis comme les genres, les familles ou les ordres. D’ailleurs le sens même du mot est la genèse (l’origine) des groupes. Au début, la phylogénie analysait les similarités et les différences entre les espèces d’après une série de caractéristiques morphologiques. Aujourd’hui, les données génétiques ont supplanté ces caractéristiques morphologiques dans l’étude phylogénétique. Les données recueillies par le séquençage du génome procurent des informations plus précises sur les relations entre les groupes, et ces données ont radicalement changé nos connaissances sur l’évolution de certaines espèces. Ainsi, jusque dans les années 1990, on croyait que les hippopotames étaient de proches parents des porcs. Or, la phylogénie nous a appris qu’ils étaient en réalité bien plus proches des baleines et des dauphins.
La phylogénie nous offre une perspective rigoureuse et intuitive sur la filiation entre les espèces ancestrales et leur descendance.
Les humains sont plus proches des chimpanzés que des gorilles. La raison en est qu’il y a de 5 à 10 millions d’années, l’homme et le chimpanzé avaient un ancêtre commun qui donna naissance aux deux espèces. Cependant, l’hybridation et le transfert latéral de gènes sont répandus chez certains organismes (particulièrement chez les plantes et les bactéries). Il est intéressant d’imaginer ce que donnerait la création d’un arbre phylogénétique pour ces espèces-là.
CHARLES DARWIN
1809-1882
Naturaliste et géologue anglais.
Chris Venditti
Le croquis de Darwin représenta un premier pas dans la phylogénie. Le séquençage du génome utilisé par les scientifiques modernes prouva que les hippopotames ne sont pas des proches parents des porcs.
La spéciation, ou l’origine de nouvelles espèces, requiert l’isolement reproductif. On peut facilement imaginer comment l’environnement arrive à isoler deux espèces distinctes – une rivière ou une montagne peuvent isoler géographiquement deux populations, ce qui leur interdira la reproduction. Cependant, afin que le processus de spéciation s’accomplisse, des barrières au flux génétique doivent se créer, de façon à interdire la reproduction en cas de rencontres de ces populations. Ce processus se déclenche de différentes façons. L’isolement préaccouplement peut empêcher l’accouplement. Ainsi, chez certains escargots, la façon dont s’embobine la coquille est déterminée par un seul gène: puisque les escargots dont la coquille s’embobine vers la droite ne peuvent s’accoupler à ceux dont elle s’embobine vers la gauche, il n’y a pas de métissage possible. Également, l’isolement temporel issu de la génétique peut éviter l’accouplement. C’est le cas de deux espèces de drosophiles, dont l’une ne s’accouple que tôt le matin, et l’autre en fin de journée. Parfois, l’accouplement a lieu, mais les différences génétiques présentes font en sorte que l’œuf n’est pas fécondé ou bien que les rejetons de cette union seront stériles. Un exemple de cette situation est la mule, croisement stérile d’un âne et d’un cheval. Ces mécanismes sont appelés « mécanismes d’isolement postzygotique ».
Les espèces sont créées lorsque deux populations sont séparées et que des différences génétiques font en sorte qu’une progéniture viable soit impossible à engendrer.
Nous avons tous une compréhension intuitive de ce que sont les espèces – un lion n’est pas un tigre – et les biologistes ont une idée assez précise de la façon dont sont créées les nouvelles espèces. Mais les choses se compliquent lorsqu’il s’agit d’organismes dont la reproduction est asexuée. Dans ces cas-là, les rejetons sont génétiquement identiques à leurs parents et identiques entre eux. Comment la spéciation est-elle possible avec ces organismes?
DE L’ADAPTATION À LA SPÉCIATION
Chris Venditti
Les escargots dont les spirales sont opposées ne peuvent s’accoupler et les mules, croisement entre un cheval et un âne, sont généralement stériles – elles ne peuvent donc pas se reproduire.
Alors que presque tout le monde connaît Charles Darwin, on est bien moins familier avec le développement parallèle de la théorie de l’évolution d’Alfred Russel Wallace. Né d’une famille anglaise à Llanbadoc, un village du sud du pays de Galles, Wallace déménagea à Hertford, la ville natale de sa mère, lorsqu’il avait cinq ans. En raison de problèmes financiers, il dut interrompre ses études à treize ans, après quoi il apprit sur le tas, d’abord en tant qu’apprenti arpenteur auprès de son frère aîné, William. Plus tard, il fut engagé comme professeur au Leicester Collegiate School.
À l’instar de Darwin, Wallace s’intéressa à la collection d’insectes, occupation parfaitement compatible avec son métier d’arpenteur, qu’il reprit après avoir quitté l’école de Leicester. Après avoir assisté à quelques conférences au Neath Mechanics’ Institute, Wallace se joignit à son ami entomologiste de Leicester, Henry Bates, pour former une expédition au Brésil. Le but de ce voyage était de rassembler des spécimens destinés à être vendus, et, pour Wallace, de trouver des preuves étayant sa théorie de la mutation des espèces. Le voyage dura quatre ans et, au retour, leur bateau prit feu, ce qui détruisit la collection de spécimens. Les naufragés furent recueillis alors qu’ils dérivaient depuis dix jours.
Deux ans plus tard, Wallace prit part à une expédition aux Indes orientales et en Malaisie qui dura huit ans, jusqu’en 1862, pendant laquelle il recueillit plusieurs spécimens et où il découvrit des milliers de nouvelles espèces inconnues jusque-là. Pendant ses voyages, il raffina sa théorie de la sélection naturelle et il écrivit plusieurs articles, dont le plus important fut celui qu’il envoya à Darwin en 1858, et qui déclencha l’achèvement de l’ouvrage De l’origine des espèces. Grâce à Darwin, les travaux de Wallace furent publiés, mais ils eurent tôt fait d’être éclipsés par le livre de Darwin. On ne peut qu’admirer la générosité de Wallace qui écrivit en 1860: « M. Darwin a donné au monde une nouvelle science, et son nom devrait selon moi figurer au-dessus de ceux de tous les philosophes, anciens et modernes. Il n’y a pas de borne à l’admiration qu’il inspire! »
Wallace ne se maria qu’en 1866. Pendant longtemps, il connut des ennuis financiers, dus à de lourdes pertes essuyées dans des mauvais placements, et malgré son expérience et son expertise, il ne put trouver d’emploi permanent. Grâce à Darwin, il reçut cependant une pension du gouvernement, ce qui lui permit de vivre convenablement. Il mourut à 90 ans et fut inhumé dans le Dorset.
Brian Clegg
Né à Llanbadoc, de Thomas et Mary Wallace.
1828
La famille s’établit à Hertford, où Wallace est inscrit à l’école.
1837
Déménagement à Londres, puis Wallace suit son frère à Kingston et à Neath, où il étudie l’arpentage.
1848
S’embarque sur le Mischief en route vers le Brésil avec le biologiste Henry Bates.
1852
Retour en Angleterre à bord du Helen, qui dut être évacué à cause d’un incendie.
1854
Entreprend une expédition en Malaisie et en Indonésie, au cours de laquelle il recueillera plus de 125 000 spécimens.
18 juin 1858
Darwin reçoit l’article de Wallace sur la sélection naturelle.
1er juillet 1858
Présentation conjointe de Darwin et Wallace à la Linnean Society.
1866
Épouse Annie Mitten de qui il aura trois enfants.
1869
Publication de The Malay Archipelago (« L’Archipel malais »).
1881
Le gouvernement britannique lui alloue une rente annuelle de 200 £.
7 novembre 1913
Meurt dans sa maison, « Old Orchard », à Broadstone, dans le Dorset.
Les biologistes et les auteurs de science-fiction se sont intéressés à l’hybridation, réelle ou imaginaire, depuis longtemps. Que penser des croisements entre chevaux et zèbres, lions et tigres? Et que dire des croisements entre chimpanzés et humains… Si certaines espèces voisines peuvent se reproduire entre elles (les lions et les tigres), ces hybrides n’existent qu’en captivité puisque dans la nature, ces espèces ne se croisent jamais. D’autres espèces voisines ne s’accouplent pas en raison de barrières de croisement: par exemple, plusieurs espèces d’oiseaux ont développé des rituels nuptiaux ou présentent des comportements sexuels qui font qu’ils ne choisiront pas de s’accoupler avec des intrus. De la même façon, certaines plantes voisines utilisent différentes floraisons pour attirer différents pollinisateurs, ce qui constitue un isolement reproductif. L’intervention humaine peut cependant rompre ces barrières de croisement. Dans De l’origine des espèces, Darwin écrivit sur les travaux de Kölreuter et Gärtner qui fécondèrent artificiellement des plantes en transférant manuellement leur pollen d’une espèce à une autre après les avoir rendues stériles. Parfois, après la fertilisation expérimentale, en particulier quand les parents sont de lointains cousins, il arrive que les rejetons ne soient pas fertiles. Des études en cours qui se penchent sur les mécanismes d’isolement démontrent que cette incapacité a des bases génétiques.
Certaines espèces sont capables d’hybridation naturelle, mais ce sont des cas rares, puisque les mécanismes liés à l’isolement reproductif ont évolué.
La vie a une origine unique, et tous les organismes sont plus ou moins apparentés. La reproduction entre espèces voisines peut produire des rejetons fertiles, mais pourquoi les organismes moins étroitement apparentés n’ont-ils pas cette capacité d’hybridation? Imaginez seulement le résultat d’un croisement entre un aigle et un cheval sans les mécanismes d’isolement!
JOSEPH GOTTLIEB KÖLREUTER
1733–1806
Botaniste allemand pionnier de l’hybridation en tant que moyen de comprendre l’origine des espèces. Il créa la première hybridation scientifique entre différentes variétés de tabac.
CARL FRIEDRICH VON GÄRTNER
1772–1850
Botaniste allemand et fils d’un riche professeur de botanique à Saint-Pétersbourg. Il consacra toute sa vie temps et argent à l’étude de l’hybridation des plantes.
GEORGE LEDYARD STEBBINS
1906–2000
Botaniste américain, auteur de Variation et évolution chez les plantes (1950), un livre important qui influença la synthèse moderne de l’évolution et dont un chapitre est consacré à l’isolement.
Julie Hawkins
Les barrières peuvent être franchies afin de produire d’extraordinaires hybrides, mais jamais ne verrons-nous l’hippogriffe flamboyant (mi-cheval, mi-aigle).
L’ADN renferme les informations nécessaires à la construction d’un organisme. Il décide de son aspect, de sa fonction et de son comportement. Une mutation est un événement naturel relativement commun qui modifie l’ADN d’un organisme durant sa duplication dans la division cellulaire: c’est en fait une erreur! Mais ce sont des erreurs exceptionnelles et importantes puisqu’elles forment le matériau brut à partir duquel l’évolution par la sélection naturelle fonctionne; elles peuvent changer le phénotype. Les mutations dans les cellules reproductives (œufs et spermatozoïdes) sont relayées d’une génération à l’autre. Les effets d’une mutation varient: certains peuvent être positifs, d’autres négatifs, alors que d’autres sont neutres. La mutation est à l’origine des changements dans les populations. C’est sur ces variations que la sélection naturelle agit afin de former des espèces mieux à même de survivre dans un environnement donné. Si la mutation est bénéfique, l’individu porteur sera plus fort et plus apte à survivre et à se reproduire, et cette mutation deviendra prédominante dans la population. Lorsque deux populations d’une espèce sont isolées, on voit bien comment le développement d’une mutation peut mener à la spéciation.
Les mutations expliquent pourquoi les individus sont différents les uns des autres et pourquoi ils forment la base de l’évolution par la sélection naturelle.
Parfois, une mutation survient dans un gène spécialisé, ce qui a un effet considérable sur le phénotype d’un organisme. Un exemple célèbre est la formation d’une patte (plutôt qu’une antenne) sur la tête d’une drosophile. Ce type de mutation est souvent catastrophique, provoquant la disparition de l’individu porteur. Mais certains estiment qu’elles peuvent être bénéfiques en provoquant de nouvelles lignées. On avance que ce type de mutation expliquerait l’origine des tortues.
CRÉER LES ESPÈCES: L’ISOLEMENT
DE L’ADAPTATION À LA SPÉCIATION
ÉTIENNE GEOFFROY SAINT-HILAIRE
1772–1844
Zoologiste français dont les recherches sur les fossiles d’amphibiens et de reptiles le menèrent à estimer que la transmutation pouvait être rapide et non graduelle.
Chris Venditti
La mutation qui a fait pousser une patte sur la tête d’une drosophile n’avait aucune utilité, mais des progrès évolutifs surviennent de certaines mutations.
L’adaptation est intrinsèque à la « survie du plus apte ». Le aye-aye est un lémurien nocturne qui vit à Madagascar. Il utilise son long doigt du milieu pour frapper sur les arbres afin de dénicher les vers sous l’écorce. Une fois repérés, il utilise son doigt pour extirper les vers. Ce doigt est un exemple d’une adaptation: avec le temps, le processus de la sélection naturelle a forgé le doigt du aye-aye par des variations causant une mutation. Cette mutation est maintenant une caractéristique de tous ces animaux et elle contribue à leur survie. Généralement, l’adaptation consiste en toute caractéristique facilitant la survie ou la reproduction d’un organisme. Les migrations d’oiseaux, les aiguilles d’un cactus, les taches d’un léopard sont trois exemples des milliards d’adaptions que nous constatons chez les espèces vivantes; il y en a eu des milliards d’autres chez celles qui sont éteintes. L’adaptation peut mener à la divergence parmi les populations et, finalement, à la spéciation. Si deux populations isolées d’une espèce sont exposées à différentes urgences de sélection, on peut s’attendre à ce que la sélection naturelle crée des variantes adaptatives chez chacune. Avec le temps, ces populations peuvent devenir si différentes qu’elles seraient incapables de se reproduire entre elles, ni d’engendrer une progéniture viable.
Tout ce qui facilite la faculté de reproduction et de survie chez un organisme est une adaptation.
Si l’on regarde les caractéristiques des espèces, il est difficile de ne pas y voir le fruit de l’adaptation. Cependant, nous (et bien d’autres organismes aussi) possédons plusieurs caractéristiques qui ne sont pas le résultat d’adaptations. Certaines caractéristiques découlent d’autres. Ainsi, notre sang est rouge, mais pas parce que du sang orange ne nous permettrait pas de vivre; sa couleur dépend de sa composition chimique.
CRÉER LES ESPÈCES: L’ISOLEMENT
CHARLES DARWIN
Naturaliste et biologiste anglais.
Chris Venditti
L’aye-aye est solitaire: il chasse la nuit dans les forêts de Madagascar en se servant de son long doigt – résultat de l’adaptation – pour débusquer les vers.
On estime que 8,7 millions d’espèces peuplent notre planète, même dans les régions les plus inhospitalières. Certaines grenouilles se congèlent l’hiver, puis dégèlent au printemps. Des vers survivent dans de l’eau presque au point d’ébullition et il y a même de minuscules organismes qui vivent à des kilomètres sous la surface de la Terre, se nourrissant de dépôts de fer et de potassium. Mais ces intrépides aventuriers sont plutôt rares et la vie se concentre surtout dans les régions voisinant l’équateur. La diversité des espèces se raréfie à mesure qu’on s’en éloigne. Cela s’explique par le fait que les basses latitudes procurent des environnements plus stables et profitent de l’énergie solaire, les écosystèmes y sont donc plus diversifiés et plus riches. C’est important puisque les plantes ont besoin de soleil pour croître et que les animaux dépendent des plantes pour se nourrir (ou d’autres animaux herbivores). Cela explique la diversité de l’écosystème près de l’équateur. On croit que les régions tropicales sont riches de différentes espèces, qu’elles sont le « berceau de la diversité » parce que la spéciation y est courante. Mais les recherches les plus récentes démontrent qu’en réalité, la spéciation serait plus fréquente dans les régions plus nordiques. La moins grande diversité des espèces serait due à des conditions de vie difficiles qui provoquent des extinctions plus fréquentes.
La distribution des millions d’espèces n’est pas le fruit du hasard: il y en a beaucoup plus près de l’équateur que près des pôles.
L’idée selon laquelle la distribution des espèces est liée à l’extinction et à la spéciation est intéressante. Elle correspond aux résultats des études qui ont prouvé que certains habitats propices à l’isolement reproductif peuvent influer sur le rythme de la spéciation. Si ces habitats favorisant l’isolement reproductif peuvent être mis en opposition avec le foisonnement d’espèces qu’on observe sous les tropiques, on peut établir les bases d’un mécanisme.
CRÉER LES ESPÈCES: L’ISOLEMENT
DE L’ADAPTATION À LA SPÉCIATION
ÉVOLUTION GRADUELLE OU PONCTUELLE?
Chris Venditti
Les régions proches de l’équateur, plus chaudes et ensoleillées, abritent une plus grande biodiversité que les régions nordiques inhospitalières. Les deux tiers de toutes les espèces vivent dans les forêts humides.
