Des branches inégales sur l'arbre de la vie

• 2013/numéro 7 - Mars 2013 :

Version longue de l'article publié p. 6

Par Bruno Corbara, université Blaise Pascal/LMGE-CNRS Clermont-Ferrand

Ainsi, si l'on considère ces 1397 groupes - qui contiennent en tout 1,2 million d'espèces actuelles distinctes - les auteurs n'ont trouvé aucune relation entre l'âge des clades et leur richesse spécifique. Certains "vieux" clades sont pauvres en espèces, des clades "jeunes" présentent une grande richesse spécifique et tous les scénarii intermédiaires existent. En conclusion, il y aurait donc parmi les clades des "gagnants" de l'évolution et des "perdants", ceci n'étant pas le reflet d'anomalies concernant quelques groupes emblématiques mais un scénario assez général au sein de l'arbre des Eucaryotes. À ce stade, les chercheurs restent dans l'incapacité d'expliquer par des facteurs simples et généralisables les différences existant dans les dynamiques de spéciation et d'extinction au sein des différents clades. Bien sûr, les travaux de Rabosky et de ses collaborateurs s'appuient sur les données disponibles de la littérature, avec toutes les incertitudes qu'elles comportent quant aux délimitations encore fluctuantes de certains clades. Par ailleurs, un biais incontournable de cette étude réside dans le fait qu'elle repose sur les données actuellement disponibles en termes de diversité. Or, nous savons (voir Espèces Numéro 3 "Combien d'espèces sur Terre? Une nouvelle estimation") que notamment chez les clades les plus riches (insectes, araignées), le nombre d'espèces qui restent à découvrir excède ce qui est connu.

Le jour où l'arbre quasi-exhaustif du vivant sera à notre portée, ce qui n'est pas pour demain, une nouvelle étude pourra confirmer ou infirmer les analyses de Rabosky et de ses collaborateurs. Apportera t-elle vraiment plus de réponses ? Le seul catalogue à même d'élucider les problèmes soulevés ici est celui qui recenserait l'ensemble des êtres vivants ayant vécu sur Terre dont le nombre surpasse sans doute d'un facteur 100 celui des espèces actuelles. Il nous restera quant à lui à jamais inaccessible.

Pourquoi y-a-il autant de coléoptères ou de chauves-souris et si peu de monotrèmes* ou de sphénodons* ? Comment se fait-il que certains groupes d'organismes vivants contiennent pléthore de représentants alors que d'autres - a priori comparables - peuvent se dénombrer sur les doigts d'une main ? Cette propriété est-elle généralisable à l'ensemble du vivant ? L'arbre de la vie - pour utiliser une métaphore courante en biologie - est-il essentiellement assimilable à une suite de bifurcations constituées de branches fortement asymétriques en termes de diversité d'espèces ? Et si c'est le cas, quelles sont les causes déterminant cette "architecture" ?

Si ces questions ne sont pas nouvelles en biologie, une étude de Daniel Rabosky de l'Université de Californie à Berkeley et de ses collaborateurs, publiée récemment dans la revue PloS Biology, tente pour la première fois de leur apporter des réponses à une échelle d'investigation inédite : celle des Eucaryotes* pluricellulaires vivants connus, en gros l'ensemble des plantes, des animaux et des champignons.

Pour que les conclusions - et les interrogations - de cette étude soient claires il convient avant toute chose de rappeler ce que les spécialistes entendent ici par "groupe d'organismes". Dans la perspective de la science taxonomique moderne - basée sur des parentés entre les êtres vivants et non sur des ressemblances - il s'agit de groupes dit monophylétiques encore appelés clades. Rappelons qu'un clade (du grec χλαδοσ signifiant branche : là encore, la métaphore de l'arbre) correspond à un ensemble d'êtres vivants regroupant un ancêtre hypothétique (dont on a peu de chances de trouver un jour une trace fossile) et la totalité de ses descendants. Deux Eucaryotes multicellulaires peuvent toujours être rassemblés dans un même clade, pourvu que l'on remonte jusqu'à leur ancêtre commun le plus proche.

Ainsi, le clade le plus petit qui m'inclut et qui inclut mon chat constitue le groupe des Boréoeuthériens, lesquels rassemblent l'ancêtre commun le plus récent d'Homo sapiens et de Felix silvestris catus (dont on pense qu'il remonte à environ 100 millions d'années) et tous ses descendants.

Dans cette perspective, on parle de groupes-frères pour désigner des clades ayant en commun une espèce ancestrale qui leur est propre (il n'y a pas d'autres organismes qui ont cette espèce comme ancêtre) et avec laquelle ils forment un clade d'ordre supérieur.

Ces précisions importantes étant faites, revenons aux travaux de Rabosky et de ses collaborateurs. Ces derniers partent de la constatation que la richesse spécifique semble inégalement répartie au sein de l'arbre du vivant, certains groupes à l'instar des Coléoptères étant caractérisés - selon les termes mêmes de l'article de PloS Biology - par "une quasi incompréhensible diversité spécifique"; d'autres groupes (comme les sphénodons*) ne comprenant a contrario que quelques espèces.

Une des raisons souvent invoquée pour expliquer cette différence de diversité est l'âge des clades considérés : plus un clade est ancien, plus il aurait des chances de s'être diversifié. Selon ce raisonnement, deux groupes-frères qui ont par définition le même âge devraient avoir - le plus souvent - à peu près le même nombre d'espèces. Or, des études réalisées au niveau des vertébrés à mâchoires avaient déjà montré que cela n'est pas vraiment le cas. Prenons par exemple les sphénodons et les squamates. Ces deux groupes-frères qui ont divergés d'un ancêtre commun il y a 250 millions d'années présentent à l'heure actuelle 7000 espèces pour les squamates (les lézards et les serpents) contre deux représentants endémiques de Nouvelle-Zélande pour les sphénodons.

Rabosky et ses collaborateurs ont quant à eux élargi le champ d'investigation bien au delà des vertébrés. Ils sont partis sur la base d'un "superarbre" reliant tous les Eucaryotes multicellulaires.

Y sont représentées les relations phylogénétiques probables existant entre 1592 clades de haut niveau (par exemple toutes les familles de Coléoptères) et l'âge estimé d'apparition de ces derniers. Sur cet arbre total, ils n'ont retenu pour leur analyse que 1397 clades pour lesquels des données exploitables quant à leur diversité spécifique étaient disponibles dans la littérature scientifique.

Glossaire

Monotrèmes : mammifères ovipares auxquels appartient l'ornithorynque.

Sphénodons : groupe frère des squamates (lézards et serpents) qui ne comporte que le genre Sphenodon à deux espèces.

Eucaryotes : organismes uni- ou pluricellulaires caractérisés par la présence d'un noyau et de mitochondries dans leurs cellules.


Pour en savoir plus :

• Rabosky D. L, Slater G. J. & Alfaro M.E., 2012. Clade age and species richness are decoupled across the Eukaryotic tree of life. PLoS Biology, 10(8): e1001381. (doi:10.1371/journal.pbio.1001381)

• Harmon L. J., 2012. An inordinate fondness for Eukaryotic diversity. PloS Biology, 10(8): e1001382. (doi:10.1371/journal.pbio.1001382)

• Alfaro M.E., Santini F., Brock C., Alamillo H., Domburg A., Rabosky D. L., Carnevale G. & Harmon L. J., 2008. Nine exceptional radiations plus high turnover explain species diversity in jawed vertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A., 106 (32) 13410-13414. (www.pnas.org_cgi_doi_10.1073_pnas.0811087106)

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