Arbres phylogénétiques : lire la parenté entre les espèces

Un arbre de parenté est une hypothèse sur les relations évolutives. Dans les arbres enracinés étudiés ici, les branches représentent des lignées et les nœuds leurs ancêtres communs. Les espèces comparées occupent les extrémités. Deux groupes issus du même nœud sont représentés comme des lignées parentes, pas comme l’ancêtre et son descendant direct.

Lire une relation, pas une distance. Pour comparer A, B et C, on cherche leur plus récent ancêtre commun dans l’arbre. Si A et B se réunissent à un nœud avant que leur lignée commune rejoigne C, A et B sont plus proches parentes l’une de l’autre que de C. La proximité des noms sur la feuille ne suffit pas. Faire pivoter les branches autour d’un nœud conserve cette relation.

Des caractères pour construire une hypothèse. Les caractères hérités d’ancêtres communs apportent des indices : organisation des membres, structures de l’embryon, séquences d’ADN. Mais un caractère peut apparaître indépendamment dans plusieurs lignées ou disparaître dans certaines. Une ressemblance n’est donc pas automatiquement une parenté récente.

Dans un tableau scolaire parfaitement emboîté, on peut travailler sous l’hypothèse explicite d’une apparition unique de chaque caractère et d’aucune perte. Ce modèle permet de relier les ensembles d’espèces porteuses aux branches. Il ne faut pas le transformer en loi générale du vivant : compter des colonnes cochées ne suffit pas pour toute phylogénie.

L’humain et les autres singes. L’être humain appartient au groupe des singes. Il ne descend pas du chimpanzé actuel : les deux lignées partagent un ancêtre commun. La formule « l’humain ne descend pas du singe » est ambiguë si elle nie l’appartenance aux singes ou l’existence d’ancêtres appartenant à ce groupe. La lecture de parenté évite cette ambiguïté.

Aucune échelle de progrès. Un arbre ne classe pas les espèces de la moins à la plus évoluée. Les lignées actuelles ont parcouru la même durée depuis leur ancêtre commun ; cela ne signifie pas que les espèces actuelles sont apparues au même moment ou ont le même âge.

Une absence peut informer. Une perte héritée peut contribuer à définir une lignée. À l’inverse, réunir tous les animaux « sans vertèbres » ne forme pas un groupe comprenant un ancêtre et tous ses descendants. Le problème n’est pas le mot « sans » : c’est l’histoire évolutive que l’on cherche à établir.

Des ressemblances trompeuses. Le profil hydrodynamique du dauphin et du requin ne suffit pas à les réunir en proches parents. Des adaptations analogues peuvent se produire indépendamment. Les membres des oiseaux et des chauves-souris présentent des os hérités d’un ancêtre commun, mais leur adaptation au vol a aussi une histoire propre. Un caractère doit être défini précisément avant d’être comparé.

La forme de l’arbre. Un arbre peut comporter des nœuds à plus de deux branches lorsqu’une relation reste non résolue dans cette représentation. Le compte n−1 de nœuds internes suppose un arbre enraciné entièrement binaire, sans nœud intermédiaire ne portant qu’un descendant. Les longueurs des branches n’indiquent des durées ou des changements que si une convention le précise.

Les fossiles et les molécules. Les fossiles apportent des caractères et des contraintes temporelles ; on les représente souvent comme des lignées éteintes aux extrémités. Ce n’est pas une preuve qu’aucun fossile ne pourrait appartenir à une lignée ancestrale. L’ADN et les protéines apportent d’autres données, dont les modèles d’évolution et les incertitudes doivent aussi être considérés.

On donne un arbre enraciné fictif : la racine sépare un groupe formé de A et B d’un groupe formé de C, D et E. Dans le second groupe, C se sépare de la lignée commune de D et E. Aucune date ni longueur calibrée n’est fournie. On peut résumer sa structure par $((A,B),(C,(D,E)))$.

Comparer trois espèces. D et E partagent un ancêtre commun plus récent que celui qu’ils partagent avec C : ils sont plus proches parents entre eux que de C. A et B sont également un couple de lignées sœurs. A et D ne se réunissent qu’à la racine.

Faire pivoter sans changer les relations. Le dessin $((B,A),((E,D),C))$ représente les mêmes regroupements. Un changement d’ordre des noms ne suffit donc pas à annoncer une parenté différente.

Ne pas inventer une chronologie. L’arbre seul ne permet pas de dire si la séparation de A et B est plus récente, en années, que celle de D et E. Ces deux nœuds sont sur des branches différentes et aucune échelle ne les date. L’ordre des ancêtres le long d’une même lignée est connu ; les durées ne le sont pas.

Compter sous une hypothèse. Cet arbre est binaire et comporte cinq extrémités : il possède quatre nœuds internes. Si l’on remplaçait le groupe C/D/E par une séparation en trois branches non résolue, le compte et l’information changeraient. Le calcul n−1 n’est pas une règle pour tous les dessins d’arbres.

Tester une affirmation. « E descend de D puisque son nom est écrit après D » ne découle pas de l’arbre. Les deux sont des extrémités reliées par un ancêtre commun, sans relation d’ascendance directe affirmée entre elles.

La figure existante compare la truite, la grenouille, le lézard et le chat. Dans ce schéma, le lézard et le chat se rejoignent à un nœud qui n’est pas un ancêtre de la grenouille ; leur groupe rejoint ensuite la grenouille, puis la truite. Les noms peuvent permuter par rotation des branches sans modifier ces relations.

Les caractères indiqués sur les branches sont utilisés dans un modèle simplifié sans perte ni apparition indépendante : vertèbres et mâchoires pour l’ensemble représenté, quatre membres pour trois espèces, amnios pour lézard et chat. « Poils et mamelles » ne concerne ici que le chat : ce caractère renseigne sa branche mais ne définit pas un sous-groupe de deux espèces de l’échantillon.

L’axe orienté indique un ordre le long des lignées, sans dates. La hauteur graphique d’un nœud ne mesure pas une durée. La figure ne permet pas de dater les séparations ou de comparer des vitesses d’évolution.

Les espèces sont placées comme feuilles de cet arbre : aucune n’est présentée comme l’ancêtre direct de sa voisine. Cette lecture concerne les relations dessinées ; elle n’est pas une démonstration de la règle universelle « une espèce actuelle ne peut jamais donner naissance à une autre lignée ».

Le dessin accompagne la lecture d’une hypothèse de parenté. Il ne remplace pas l’étude des caractères, de leurs transformations possibles et des incertitudes.