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2.2 : Organiser la vie sur Terre - Biologie


Objectifs d'apprentissage

  • Discutez des composants et du but d'un arbre phylogénétique.
  • Interpréter les relations entre les organismes à l'aide d'un arbre phylogénétique.
  • Ordonner correctement les différents niveaux de classification taxonomique.
  • Discutez des avantages d'avoir un système de classification complet.

L'histoire évolutive d'un groupe d'espèces est appelée phylogénie. La phylogénie décrit les relations du groupe dans le contexte d'organismes apparentés. Bien que les relations phylogénétiques fournissent des informations sur l'ascendance partagée, elles ne traitent pas nécessairement de la façon dont les organismes sont similaires ou différents.

Arbres phylogénétiques

Les scientifiques utilisent un outil appelé arbre phylogénétique pour montrer les voies évolutives et les connexions entre les organismes. Un arbre phylogénétique est un diagramme utilisé pour refléter les relations évolutives entre les organismes ou les groupes d'organismes. Les scientifiques considèrent les arbres phylogénétiques comme une hypothèse du passé évolutif puisqu'on ne peut pas revenir en arrière pour confirmer les relations proposées. En d'autres termes, un « arbre de vie » peut être construit pour illustrer l'évolution de différents organismes et pour montrer les relations entre les différents organismes (Figure (PageIndex{1})).

Contrairement à un diagramme de classification taxonomique, un arbre phylogénétique peut être lu comme une carte de l'histoire de l'évolution. De nombreux arbres phylogénétiques ont une seule lignée à la base représentant un ancêtre commun. Les scientifiques appellent ces arbres enraciné, ce qui signifie qu'il existe une seule lignée ancestrale (généralement tirée du bas ou de la gauche) à laquelle tous les organismes représentés dans le diagramme se rapportent. Remarquez dans l'arbre phylogénétique enraciné que les trois domaines - Bactéries, Archées et Eukarya - divergent à partir d'un seul point et bifurquent. La petite branche que les plantes et les animaux (indiquée par une étoile « vous êtes ici » dans la figure (PageIndex{1})) occupent dans ce diagramme montre à quel point ces groupes sont récents et minuscules par rapport à d'autres organismes. Déraciné les arbres ne prédisent pas un ancêtre commun mais montrent des relations entre les espèces.

Dans un arbre enraciné, la ramification indique des relations évolutives (voir Figure (PageIndex{2})). Le point où une scission se produit, appelé un point de branchement ou nœud, représente l'endroit où une seule lignée a évolué en une nouvelle lignée distincte. Une lignée qui a évolué tôt à partir de la racine et reste non ramifiée est appelée une taxon de base. Lorsque deux lignées proviennent du même point de ramification, elles sont appelées taxons soeurs. Une branche avec plus de deux lignées est appelée une polytomie et sert à illustrer où les scientifiques n'ont pas définitivement déterminé toutes les relations. Il est important de noter que bien que les taxons frères et la polytomie partagent un ancêtre, cela ne signifie pas que les groupes d'organismes se sont séparés ou ont évolué les uns des autres. Les organismes de deux taxons peuvent s'être séparés à un point de ramification spécifique, mais aucun des taxons n'a donné naissance à l'autre.

Les diagrammes ci-dessus peuvent servir de voie pour comprendre l'histoire de l'évolution. Le chemin peut être tracé depuis l'origine de la vie jusqu'à n'importe quelle espèce individuelle en naviguant à travers les branches évolutives entre les deux points. En partant d'une seule espèce et en remontant vers le "tronc" de l'arbre, on peut découvrir les ancêtres de cette espèce, ainsi que les lignées qui partagent une ascendance commune. De plus, l'arbre peut être utilisé pour étudier des groupes entiers d'organismes.

Un autre point à mentionner sur la structure de l'arbre phylogénétique est que la rotation aux points de ramification ne modifie pas l'information. Par exemple, si un point de ramification était tourné et que l'ordre des taxons était modifié, cela ne modifierait pas les informations car l'évolution de chaque taxon à partir du point de ramification était indépendante de l'autre.

De nombreuses disciplines au sein de l'étude de la biologie contribuent à comprendre comment la vie passée et présente a évolué au fil du temps; ces disciplines contribuent ensemble à la construction, à la mise à jour et au maintien de «l'arbre de vie». L'information est utilisée pour organiser et classer les organismes en fonction des relations évolutives dans un domaine scientifique appelé systématique. Les données peuvent être collectées à partir de fossiles, en étudiant la structure de parties du corps ou de molécules utilisées par un organisme, et par analyse d'ADN. En combinant des données provenant de nombreuses sources, les scientifiques peuvent établir la phylogénie d'un organisme ; puisque les arbres phylogénétiques sont des hypothèses, ils continueront à changer à mesure que de nouveaux types de vie seront découverts et que de nouvelles informations seront acquises.

Exemples d'arbres simples

Dans la figure (PageIndex{3}) et la figure (PageIndex{4}), quelques exemples d'arbres sont dessinés pour montrer comment interpréter la structure d'un arbre phylogénétique.

Les niveaux de classification

Taxonomie (qui signifie littéralement « loi des arrangements ») est la science de la classification des organismes pour construire des systèmes de classification internationalement partagés, chaque organisme étant placé dans des groupes de plus en plus inclusifs. Pensez à la façon dont une épicerie est organisée. Un grand espace est divisé en départements, tels que les produits, les produits laitiers et les viandes. Ensuite, chaque département se divise en allées, puis chaque allée en catégories et marques, et enfin un seul produit. Cette organisation des plus grandes aux plus petites, catégories plus spécifiques s'appelle un système hiérarchique.

Le système de classification taxonomique (également appelé système linnéen du nom de son inventeur, Carl Linnaeus, botaniste, zoologiste et médecin suédois) utilise un modèle hiérarchique. En partant du point d'origine, les groupes deviennent plus spécifiques, jusqu'à ce qu'une branche se termine en une seule espèce. Comme vous l'avez vu dans la figure (PageIndex{1}), les scientifiques divisent les organismes en trois grandes catégories appelées domaines: Bactéries, Archaea et Eucarya. Au sein de chaque domaine se trouve une deuxième catégorie appelée Royaume. Chaque domaine peut englober de nombreux royaumes. Par exemple, le royaume Plantae, le royaume Animalia et le royaume Fungi représentent trois des nombreux royaumes contenus dans le domaine Eukarya. Après les royaumes, les catégories suivantes de spécificité croissante sont : phylum, classe, ordre, famille, genre, et espèce (Figure (PageIndex{5})).

Le royaume Plantae est issu du domaine Eukarya. Pour le pin du rivage (Pinus contorta var. contorsionner), les niveaux de classification seraient comme indiqué dans la figure (PageIndex{6}). Par conséquent, le nom complet d'un organisme a techniquement plusieurs termes associés. Pour le pin du rivage, il s'agit de : Eukarya, Plantae, Pinophyta, Épingleropsida, Épinglerbières, Épinglerles acées, Pinus, Pinus contorsion, et var. contorsionner. Notez que chaque nom est en majuscule à l'exception de l'épithète spécifique (contorta), et les noms de genre et d'espèce sont en italique. Remarquez également les terminaisons soulignées des mots. En taxonomie végétale, la partie soulignée est toujours utilisée pour ces niveaux taxonomiques : les phyla se terminent par -phyta, les classes se terminent par -opsida, les ordres se terminent par -ales et les familles se terminent par -aceae.

Le nom scientifique d'un organisme fait généralement référence au nom de l'espèce, un nom scientifique à deux mots qui inclut le nom du genre (par ex. Pinus) et épithète spécifique (par ex. contorsionner). Ce système de nommage à deux mots est appelé nomenclature binominale. Le nom à chaque niveau est également appelé taxon. En d'autres termes, les pins sont dans l'ordre Pinales. Pinales est le nom du taxon au niveau de l'ordre ; Pinaceae est le taxon au niveau de la famille, et ainsi de suite. Les organismes ont également un nom commun que les gens utilisent généralement, dans ce cas, le pin du rivage. A noter que le pin du rivage est également une sous-espèce ou variété : la seconde «contorsionner" dans Pinus contorsionné var. contorsion. Les sous-espèces sont des membres de la même espèce capables de s'accoupler et de reproduire une progéniture viable, mais elles sont considérées comme des sous-espèces distinctes en raison d'un isolement géographique ou comportemental ou d'autres facteurs. Les pins de rivage sont côtiers (d'où le nom commun) et ont tendance à pousser dans des formes tordues et tordues (d'où le nom scientifique). Pins tordus (Pinus contorsionné var. latifolia) ont généralement un tronc droit et poussent dans les montagnes.

La figure (PageIndex{6}) montre comment les niveaux évoluent vers la spécificité avec d'autres organismes. Remarquez comment le pin de rivage (image la plus à gauche) partage un domaine avec la plus grande diversité d'organismes, notamment des plantes, des champignons, des algues et des animaux. À chaque sous-niveau, les organismes deviennent plus similaires parce qu'ils sont plus étroitement liés. Historiquement, les scientifiques regroupaient des organismes similaires en utilisant des caractéristiques, mais au fur et à mesure que la technologie de l'ADN se développait, des relations plus précises ont été déterminées.

Des analyses génétiques récentes et d'autres avancées ont montré que certaines classifications phylogénétiques antérieures ne correspondent pas au passé évolutif ; par conséquent, des modifications et des mises à jour doivent être effectuées au fur et à mesure que de nouvelles découvertes se produisent. Rappelons que les arbres phylogénétiques sont des hypothèses et sont modifiés au fur et à mesure que les données deviennent disponibles. De plus, la classification s'est historiquement concentrée sur le regroupement d'organismes principalement en fonction de caractéristiques partagées et n'illustre pas nécessairement la manière dont les différents groupes sont liés les uns aux autres d'un point de vue évolutif. Par exemple, malgré le fait qu'un hippopotame ressemble plus à un cochon qu'à une baleine, l'hippopotame peut être le plus proche parent vivant de la baleine.

Sommaire

Les scientifiques obtiennent continuellement de nouvelles informations qui aident à comprendre l'histoire évolutive de la vie sur Terre. Chaque groupe d'organismes a traversé son propre parcours évolutif, appelé sa phylogénie. Chaque organisme partage des relations avec les autres et, sur la base de preuves morphologiques et génétiques, les scientifiques tentent de cartographier les voies évolutives de toute vie sur Terre. Historiquement, les organismes étaient organisés en un système de classification taxonomique. Cependant, aujourd'hui, de nombreux scientifiques construisent des arbres phylogénétiques pour illustrer les relations évolutives.


31 Organiser la vie sur Terre

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Discuter de la nécessité d'un système de classification complet
  • Lister les différents niveaux du système de classification taxonomique
  • Décrire comment la systématique et la taxonomie se rapportent à la phylogénie
  • Discuter des composants et du but d'un arbre phylogénétique

En termes scientifiques, la phylogénie est l'histoire évolutive et la relation d'un organisme ou d'un groupe d'organismes. Une phylogénie décrit les relations entre les organismes, par exemple à partir de quels organismes il peut avoir évolué ou à quelles espèces il est le plus étroitement lié. Les relations phylogénétiques fournissent des informations sur l'ascendance partagée, mais pas nécessairement sur la façon dont les organismes sont similaires ou différents.


Contenu

Les hypothèses gaïennes suggèrent que les organismes co-évoluent avec leur environnement : c'est-à-dire qu'ils « influencent leur environnement abiotique, et cet environnement à son tour influence le biote par le processus darwinien ». Lovelock (1995) en a donné la preuve dans son deuxième livre, montrant l'évolution du monde des premières bactéries thermo-acido-philes et méthanogènes vers l'atmosphère enrichie en oxygène aujourd'hui qui supporte une vie plus complexe.

Une version réduite de l'hypothèse a été appelée « Gaïa influente » [11] dans « Évolution dirigée de la biosphère : sélection biogéochimique ou Gaïa ? par Andrei G. Lapenis, qui affirme que le biote influence certains aspects du monde abiotique, par ex. température et atmosphère. Ce n'est pas le travail d'un individu mais d'un collectif de recherche scientifique russe qui a été combiné dans cette publication évaluée par des pairs. Il énonce la coévolution de la vie et de l'environnement à travers des « micro-forces » [11] et des processus biogéochimiques. Un exemple est comment l'activité des bactéries photosynthétiques à l'époque précambrienne a complètement modifié l'atmosphère terrestre pour la rendre aérobie, et ainsi soutenir l'évolution de la vie (en particulier la vie eucaryote).

Étant donné que des barrières ont existé tout au long du vingtième siècle entre la Russie et le reste du monde, ce n'est que relativement récemment que les premiers scientifiques russes qui ont introduit des concepts chevauchant le paradigme de Gaïa sont devenus mieux connus de la communauté scientifique occidentale. [11] Ces scientifiques incluent Piotr Alekseevich Kropotkin (1842-1921) (bien qu'il ait passé une grande partie de sa vie professionnelle en dehors de la Russie), Rafail Vasil'evich Rizpolozhensky (1862 - vers 1922), Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945) et Vladimir Alexandrovitch Kostitzine (1886-1963).

Les biologistes et les scientifiques de la Terre considèrent généralement les facteurs qui stabilisent les caractéristiques d'une période comme une propriété émergente non dirigée ou une entéléchie du système, car chaque espèce individuelle poursuit son propre intérêt, par exemple, leurs actions combinées peuvent avoir des effets contrebalancés sur le changement environnemental. Les opposants à ce point de vue font parfois référence à des exemples d'événements qui ont entraîné des changements dramatiques plutôt qu'un équilibre stable, tels que la conversion de l'atmosphère terrestre d'un environnement réducteur à un environnement riche en oxygène à la fin de l'archéen et au début des périodes protérozoïques. .

Des versions moins acceptées de l'hypothèse prétendent que les changements dans la biosphère sont provoqués par la coordination des organismes vivants et maintiennent ces conditions par l'homéostasie. Dans certaines versions de la philosophie Gaia, toutes les formes de vie sont considérées comme faisant partie d'une seule planète vivante appelée Gaïa. Dans cette optique, l'atmosphère, les mers et la croûte terrestre seraient le résultat d'interventions menées par Gaia à travers la diversité coévoluante des organismes vivants.

Le paradigme Gaia a eu une influence sur le mouvement de l'écologie profonde. [12]

L'hypothèse de Gaia postule que la Terre est un système complexe autorégulé impliquant la biosphère, l'atmosphère, les hydrosphères et la pédosphère, étroitement couplés comme un système évolutif. L'hypothèse soutient que ce système dans son ensemble, appelé Gaia, recherche un environnement physique et chimique optimal pour la vie contemporaine. [13]

Gaia évolue à travers un système de rétroaction cybernétique opéré inconsciemment par le biote, conduisant à une large stabilisation des conditions d'habitabilité dans une homéostasie complète. De nombreux processus à la surface de la Terre essentiels aux conditions de vie dépendent de l'interaction des formes vivantes, en particulier des micro-organismes, avec des éléments inorganiques. Ces processus établissent un système de contrôle global qui régule la température de surface de la Terre, la composition de l'atmosphère et la salinité des océans, alimenté par l'état de déséquilibre thermodynamique global du système terrestre. [14]

L'existence d'une homéostasie planétaire influencée par des formes vivantes avait déjà été observée dans le domaine de la biogéochimie, et elle est également étudiée dans d'autres domaines comme la science du système Terre. L'originalité de l'hypothèse de Gaïa repose sur le constat qu'un tel équilibre homéostatique est activement recherché dans le but de conserver les conditions optimales de vie, même lorsque des événements terrestres ou extérieurs les menacent. [15]

Régulation de la température de surface globale Modifier

Depuis le début de la vie sur Terre, l'énergie fournie par le Soleil a augmenté de 25% à 30% [16] cependant, la température de surface de la planète est restée dans les niveaux d'habitabilité, atteignant des marges basses et hautes assez régulières. Lovelock a également émis l'hypothèse que les méthanogènes produisaient des niveaux élevés de méthane dans l'atmosphère primitive, donnant une vue similaire à celle trouvée dans le smog pétrochimique, similaire à certains égards à l'atmosphère de Titan. [7] Cela, suggère-t-il, avait tendance à filtrer les ultraviolets jusqu'à la formation de l'écran d'ozone, maintenant un degré d'homéostasie. Cependant, les recherches de Snowball Earth [17] ont suggéré que les "chocs d'oxygène" et les niveaux réduits de méthane ont conduit, pendant les périodes glaciaires Huronian, Sturtian et Marinoan/Varanger, à un monde qui est presque devenu une solide "boule de neige". Ces époques sont des preuves contre la capacité de la biosphère pré-phanérozoïque à s'autoréguler complètement.

Traitement du gaz à effet de serre CO2, expliqué ci-dessous, joue un rôle essentiel dans le maintien de la température de la Terre dans les limites de l'habitabilité.

L'hypothèse CLAW, inspirée de l'hypothèse Gaia, propose une boucle de rétroaction qui opère entre les écosystèmes océaniques et le climat de la Terre. [18] L'hypothèse propose spécifiquement que le phytoplancton particulier qui produit du sulfure de diméthyle soit sensible aux variations du forçage climatique, et que ces réponses conduisent à une boucle de rétroaction négative qui agit pour stabiliser la température de l'atmosphère terrestre.

Actuellement, l'augmentation de la population humaine et l'impact environnemental de leurs activités, comme la multiplication des gaz à effet de serre, peuvent faire que les rétroactions négatives dans l'environnement deviennent des rétroactions positives. Lovelock a déclaré que cela pourrait entraîner un réchauffement climatique extrêmement accéléré [19], mais il a depuis déclaré que les effets se produiront probablement plus lentement. [20]

Simulations Daisyworld Modifier

En réponse aux critiques selon lesquelles l'hypothèse de Gaia nécessitait apparemment une sélection de groupe et une coopération irréalistes entre les organismes, James Lovelock et Andrew Watson ont développé un modèle mathématique, Daisyworld, dans lequel la compétition écologique sous-tendait la régulation de la température planétaire. [21]

Daisyworld examine le bilan énergétique d'une planète peuplée de deux types de plantes différents, les marguerites noires et les marguerites blanches, qui sont supposées occuper une partie importante de la surface. La couleur des marguerites influence l'albédo de la planète de telle sorte que les marguerites noires absorbent plus de lumière et réchauffent la planète, tandis que les marguerites blanches reflètent plus de lumière et refroidissent la planète. On suppose que les marguerites noires poussent et se reproduisent mieux à une température plus basse, tandis que les marguerites blanches sont supposées se développer mieux à une température plus élevée. À mesure que la température se rapproche de la valeur que les marguerites blanches aiment, les marguerites blanches produisent plus de marguerites noires, ce qui conduit à un plus grand pourcentage de surface blanche, et plus de lumière du soleil est réfléchie, réduisant l'apport de chaleur et finalement refroidissant la planète. À l'inverse, lorsque la température baisse, les marguerites noires produisent plus de marguerites blanches, absorbant plus de lumière solaire et réchauffant la planète. La température va ainsi converger vers la valeur à laquelle les taux de reproduction des plantes sont égaux.

Lovelock et Watson ont montré que, dans une gamme limitée de conditions, cette rétroaction négative due à la compétition peut stabiliser la température de la planète à une valeur qui soutient la vie, si la production d'énergie du Soleil change, alors qu'une planète sans vie présenterait de grandes variations de température. . Le pourcentage de marguerites blanches et noires changera continuellement pour maintenir la température à la valeur à laquelle les taux de reproduction des plantes sont égaux, permettant aux deux formes de vie de prospérer.

Il a été suggéré que les résultats étaient prévisibles parce que Lovelock et Watson ont sélectionné des exemples qui ont produit les réponses qu'ils souhaitaient. [22]

Régulation de la salinité océanique Modifier

La salinité des océans est constante à environ 3,5% depuis très longtemps. [23] La stabilité de la salinité dans les environnements océaniques est importante car la plupart des cellules nécessitent une salinité plutôt constante et ne tolèrent généralement pas des valeurs supérieures à 5%. La salinité constante des océans était un mystère de longue date, car aucun processus compensant l'afflux de sel des rivières n'était connu. Récemment, il a été suggéré [24] que la salinité peut également être fortement influencée par la circulation de l'eau de mer à travers les roches basaltiques chaudes et émerger sous forme de bouches d'eau chaude sur les dorsales médio-océaniques. Cependant, la composition de l'eau de mer est loin de l'équilibre, et il est difficile d'expliquer ce fait sans l'influence des processus organiques. Une explication suggérée réside dans la formation de plaines salées tout au long de l'histoire de la Terre. On suppose que ceux-ci sont créés par des colonies bactériennes qui fixent les ions et les métaux lourds au cours de leur processus vital. [23]

Dans les processus biogéochimiques de la Terre, les sources et les puits sont le mouvement des éléments. La composition des ions de sel dans nos océans et nos mers est : sodium (Na + ), chlore (Cl − ), sulfate (SO4 2− ), le magnésium (Mg 2+ ), le calcium (Ca 2+ ) et le potassium (K + ). Les éléments qui composent la salinité ne changent pas facilement et sont une propriété conservatrice de l'eau de mer. [23] Il existe de nombreux mécanismes qui changent la salinité d'une forme particulaire à une forme dissoute et vice-versa. Compte tenu de la composition métallique des sources de fer à travers une grille à multiples facettes de conception thermomagnétique, non seulement le mouvement des éléments aiderait hypothétiquement à restructurer le mouvement des ions, des électrons, etc., mais aiderait aussi potentiellement et inexplicablement à équilibrer les corps magnétiques du Le champ géomagnétique de la Terre. Les sources connues de sodium, c'est-à-dire les sels, sont lorsque l'altération, l'érosion et la dissolution des roches sont transportées dans les rivières et déposées dans les océans.

La mer Méditerranée comme étant le rein de Gaia est trouvée (ici) par Kenneth J. Hsue, un auteur de correspondance en 2001. Hsue suggère que la "dessiccation" de la Méditerranée est la preuve d'un "rein" de Gaia fonctionnel. Dans ce cas et dans les cas précédents, ce sont les mouvements des plaques et la physique, et non la biologie, qui effectuent la régulation. Des « fonctions rénales » antérieures ont été exécutées lors du « dépôt des géants salins du Crétacé (Atlantique Sud), du Jurassique (golfe du Mexique), du Permo-Trias (Europe), du Dévonien (Canada), du Cambrien/Précambrien (Gondwana). » [25]

Régulation de l'oxygène dans l'atmosphère Modifier

Le théorème de Gaia stipule que la composition atmosphérique de la Terre est maintenue à un état dynamiquement stable par la présence de la vie. [26] La composition atmosphérique fournit les conditions auxquelles la vie contemporaine s'est adaptée. Tous les gaz atmosphériques autres que les gaz nobles présents dans l'atmosphère sont soit fabriqués par les organismes soit traités par eux.

La stabilité de l'atmosphère terrestre n'est pas une conséquence de l'équilibre chimique. L'oxygène est un composé réactif et devrait éventuellement se combiner avec les gaz et les minéraux de l'atmosphère et de la croûte terrestre. L'oxygène n'a commencé à persister dans l'atmosphère qu'en petites quantités environ 50 millions d'années avant le début du grand événement d'oxygénation. [27] Depuis le début de la période cambrienne, les concentrations atmosphériques d'oxygène ont fluctué entre 15 % et 35 % du volume atmosphérique. [28] Des traces de méthane (à raison de 100 000 tonnes produites par an) [29] ne devraient pas exister, car le méthane est combustible dans une atmosphère d'oxygène.

L'air sec de l'atmosphère terrestre contient environ (en volume) 78,09 % d'azote, 20,95 % d'oxygène, 0,93 % d'argon, 0,039% de dioxyde de carbone et de petites quantités d'autres gaz, dont le méthane. Lovelock a supposé à l'origine que des concentrations d'oxygène supérieures à environ 25 % augmenteraient la fréquence des incendies de forêt et de la conflagration des forêts. Ce mécanisme, cependant, n'augmenterait pas les niveaux d'oxygène s'ils devenaient trop bas. S'il est démontré que les plantes sur-produisent de manière robuste de l'O2, alors peut-être que le régulateur des feux de forêt à haute teneur en oxygène est nécessaire. Des travaux récents sur les découvertes de charbon de bois causé par le feu dans les mesures de charbon du Carbonifère et du Crétacé, dans les périodes géologiques où O2 a dépassé 25 %, a soutenu l'affirmation de Lovelock. [ citation requise ]

Traitement du CO2 Éditer

Les scientifiques de Gaia considèrent la participation des organismes vivants au cycle du carbone comme l'un des processus complexes qui maintiennent des conditions propices à la vie. La seule source naturelle importante de dioxyde de carbone atmosphérique (CO2) est l'activité volcanique, tandis que la seule élimination significative est due à la précipitation de roches carbonatées. [30] La précipitation, la dissolution et la fixation du carbone sont influencées par les bactéries et les racines des plantes dans les sols, où elles améliorent la circulation gazeuse, ou dans les récifs coralliens, où le carbonate de calcium se dépose sous forme solide sur le fond marin. Le carbonate de calcium est utilisé par les organismes vivants pour fabriquer des tests et des coquilles carbonés. Une fois mortes, les coquilles des organismes vivants tombent. Certains arrivent au fond des océans où la tectonique des plaques et la chaleur et/ou la pression les transforment finalement en dépôts de craie et de calcaire. Cependant, une grande partie des coquilles mortes qui tombent se dissolvent dans l'océan en dessous de la profondeur de compensation du carbone.

L'un de ces organismes est Emiliania huxleyi, une algue coccolithophore abondante qui pourrait jouer un rôle dans la formation des nuages. [31] CO2 l'excès est compensé par une augmentation de la durée de vie des coccolithophorides, augmentant la quantité de CO2 enfermé dans le fond de l'océan. Les coccolithophorides, si l'hypothèse CLAW s'avère étayée (voir « Régulation de la température globale de surface » ci-dessus), pourraient contribuer à augmenter la couverture nuageuse, donc contrôler la température de surface, aider à refroidir l'ensemble de la planète et favoriser les précipitations nécessaires aux plantes terrestres. [ citation requise ] Dernièrement, le CO atmosphérique2 la concentration a augmenté et il existe des preuves que les concentrations de proliférations d'algues océaniques augmentent également. [32]

Le lichen et d'autres organismes accélèrent l'altération des roches en surface, tandis que la décomposition des roches se produit également plus rapidement dans le sol, grâce à l'activité des racines, des champignons, des bactéries et des animaux souterrains. Le flux de dioxyde de carbone de l'atmosphère vers le sol est donc régulé avec l'aide des êtres vivants. Lorsque le CO2 les niveaux augmentent dans l'atmosphère, la température augmente et les plantes poussent. Cette croissance entraîne une consommation plus élevée de CO2 par les plantes, qui le transforment dans le sol, le retirant de l'atmosphère.

Précédents Modifier

L'idée de la Terre comme un tout intégré, un être vivant, a une longue tradition. La mythique Gaia était la déesse grecque primitive personnifiant la Terre, la version grecque de "Mère Nature" (de Ge = Terre et Aia = grand-mère de la TARTE), ou la Terre Mère. James Lovelock a donné ce nom à son hypothèse après une suggestion du romancier William Golding, qui vivait à l'époque dans le même village que Lovelock (Bowerchalke, Wiltshire, Royaume-Uni). Le conseil de Golding était basé sur Gea, une orthographe alternative pour le nom de la déesse grecque, qui est utilisé comme préfixe en géologie, géophysique et géochimie. [33] Golding a fait référence plus tard à Gaia dans son discours d'acceptation du prix Nobel.

Au XVIIIe siècle, alors que la géologie se consolidait en tant que science moderne, James Hutton soutenait que les processus géologiques et biologiques étaient liés. [34] Plus tard, le naturaliste et explorateur Alexander von Humboldt a reconnu la coévolution des organismes vivants, du climat et de la croûte terrestre. [34] Au XXe siècle, Vladimir Vernadsky a formulé une théorie du développement de la Terre qui est aujourd'hui l'un des fondements de l'écologie. Vernadsky était un géochimiste ukrainien et l'un des premiers scientifiques à reconnaître que l'oxygène, l'azote et le dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre résultent de processus biologiques. Au cours des années 1920, il a publié des travaux affirmant que les organismes vivants pouvaient remodeler la planète aussi sûrement que n'importe quelle force physique. Vernadsky a été un pionnier des bases scientifiques des sciences de l'environnement. [35] Ses déclarations visionnaires n'ont pas été largement acceptées en Occident et quelques décennies plus tard, l'hypothèse de Gaïa a reçu le même type de résistance initiale de la communauté scientifique.

Toujours au tournant du 20e siècle, Aldo Leopold, pionnier dans le développement de l'éthique environnementale moderne et dans le mouvement pour la conservation de la nature sauvage, a suggéré une Terre vivante dans son éthique biocentrique ou holistique concernant la terre.

Il n'est au moins pas impossible de considérer les parties de la terre – sol, montagnes, rivières, atmosphère, etc. – comme des organes ou des parties d'organes d'un tout coordonné, chaque partie ayant sa fonction définie. Et si nous pouvions voir cet ensemble, dans son ensemble, sur une longue période de temps, nous pourrions percevoir non seulement des organes dotés de fonctions coordonnées, mais peut-être aussi ce processus de consommation en tant que remplacement que nous appelons en biologie le métabolisme ou la croissance. Dans un tel cas, nous aurions tous les attributs visibles d'un être vivant, dont nous ne nous rendons pas compte parce qu'il est trop grand et que ses processus de vie sont trop lents.

Une autre influence pour l'hypothèse Gaia et le mouvement environnemental en général est venue comme un effet secondaire de la course à l'espace entre l'Union soviétique et les États-Unis d'Amérique. Au cours des années 1960, les premiers humains dans l'espace pouvaient voir à quoi ressemblait la Terre dans son ensemble. Le photographe Lever de terre prise par l'astronaute William Anders en 1968 lors de la mission Apollo 8 est devenue, grâce à l'Overview Effect, un des premiers symboles du mouvement écologique mondial. [37]

Formulation de l'hypothèse Modifier

Lovelock a commencé à définir l'idée d'une Terre autorégulée contrôlée par la communauté des organismes vivants en septembre 1965, alors qu'il travaillait au Jet Propulsion Laboratory en Californie sur des méthodes de détection de la vie sur Mars. [38] [39] Le premier article à le mentionner était Atmosphères planétaires : changements de composition et autres changements associés à la présence de la vie, co-écrit avec C.E. Giffin. [40] Un concept principal était que la vie pouvait être détectée à l'échelle planétaire par la composition chimique de l'atmosphère. D'après les données recueillies par l'observatoire du Pic du Midi, des planètes comme Mars ou Vénus avaient des atmosphères en équilibre chimique. Cette différence avec l'atmosphère terrestre était considérée comme une preuve qu'il n'y avait pas de vie sur ces planètes.

Lovelock a formulé le Hypothèse de Gaïa dans des articles de revues en 1972 [1] et 1974, [2] suivis d'un livre de vulgarisation en 1979 Gaia : un nouveau regard sur la vie sur Terre. Un article dans le Nouveau scientifique du 6 février 1975, [41] et une version populaire de l'hypothèse, publiée en 1979 sous le titre La quête de Gaïa, a commencé à attirer l'attention des scientifiques et des critiques.

Lovelock l'a appelé d'abord l'hypothèse de rétroaction de la Terre, [42] et c'était un moyen d'expliquer le fait que des combinaisons de produits chimiques, dont l'oxygène et le méthane, persistent à des concentrations stables dans l'atmosphère de la Terre. Lovelock a suggéré de détecter de telles combinaisons dans l'atmosphère d'autres planètes comme un moyen relativement fiable et bon marché de détecter la vie.

Plus tard, d'autres relations telles que les créatures marines produisant du soufre et de l'iode dans approximativement les mêmes quantités que celles requises par les créatures terrestres ont émergé et ont contribué à renforcer l'hypothèse. [43]

En 1971, la microbiologiste, le Dr Lynn Margulis, a rejoint Lovelock dans le but d'étoffer l'hypothèse initiale en concepts scientifiquement prouvés, apportant ses connaissances sur la façon dont les microbes affectent l'atmosphère et les différentes couches de la surface de la planète. [4] La biologiste américaine avait également suscité les critiques de la communauté scientifique avec son plaidoyer en faveur de la théorie sur l'origine des organites eucaryotes et ses contributions à la théorie endosymbiotique, aujourd'hui acceptée. Margulis a consacré le dernier des huit chapitres de son livre, La planète symbiotique, à Gaïa. Cependant, elle s'est opposée à la personnification généralisée de Gaïa et a souligné que Gaïa n'est « pas un organisme », mais « une propriété émergente d'interaction entre les organismes ». Elle a défini Gaia comme "la série d'écosystèmes en interaction qui composent un seul et même écosystème énorme à la surface de la Terre. Période". Le "slogan" le plus mémorable du livre a en fait été raillé par un étudiant de Margulis.

James Lovelock a qualifié sa première proposition de Hypothèse de Gaïa mais a également utilisé le terme Théorie de Gaïa. Lovelock déclare que la formulation initiale était basée sur l'observation, mais manquait toujours d'explication scientifique. L'hypothèse de Gaia a depuis été soutenue par un certain nombre d'expériences scientifiques [44] et a fourni un certain nombre de prédictions utiles. [45]

Première conférence Gaia Modifier

En 1985, le premier colloque public sur l'hypothèse Gaïa, La Terre est-elle un organisme vivant ? a eu lieu à l'Université du Massachusetts Amherst, du 1er au 6 août. [46] Le sponsor principal était la National Audubon Society. Les conférenciers comprenaient James Lovelock, George Wald, Mary Catherine Bateson, Lewis Thomas, John Todd, Donald Michael, Christopher Bird, Thomas Berry, David Abram, Michael Cohen et William Fields. Quelque 500 personnes y ont assisté. [47]

Deuxième conférence Gaia Modifier

En 1988, le climatologue Stephen Schneider a organisé une conférence de l'American Geophysical Union. La première conférence Chapman sur Gaia [48] s'est tenue à San Diego, en Californie, le 7 mars 1988.

Lors de la session « fondements philosophiques » de la conférence, David Abram a parlé de l'influence de la métaphore dans la science et de l'hypothèse de Gaïa comme offrant une métaphorique nouvelle et potentiellement révolutionnaire, tandis que James Kirchner a critiqué l'hypothèse de Gaïa pour son imprécision. Kirchner a affirmé que Lovelock et Margulis n'avaient pas présenté une hypothèse de Gaïa, mais quatre :

    Gaia : que la vie et l'environnement avaient évolué de manière couplée. Kirchner a affirmé que cela était déjà accepté scientifiquement et n'était pas nouveau. Gaia : que la vie maintenait la stabilité de l'environnement naturel, et que cette stabilité permettait à la vie de continuer à exister. Gaia : que l'hypothèse Gaia a suscité un intérêt pour les cycles géophysiques et a donc conduit à de nouvelles recherches intéressantes en dynamique géophysique terrestre.
  • Optimiser Gaia : que Gaia a façonné la planète d'une manière qui en a fait un environnement optimal pour la vie dans son ensemble. Kirchner a affirmé que ce n'était pas testable et n'était donc pas scientifique.

De Homeostatic Gaia, Kirchner a reconnu deux alternatives. "Weak Gaia" a affirmé que la vie tend à rendre l'environnement stable pour l'épanouissement de toute vie. " Strong Gaia " selon Kirchner, a affirmé que la vie tend à rendre l'environnement stable, autoriser l'épanouissement de toute vie. Strong Gaia, a affirmé Kirchner, était intestable et donc non scientifique. [49]

Lovelock et d'autres scientifiques soutenant Gaia ont cependant tenté de réfuter l'affirmation selon laquelle l'hypothèse n'est pas scientifique car il est impossible de la tester par une expérience contrôlée. Par exemple, contre l'accusation selon laquelle Gaia était téléologique, Lovelock et Andrew Watson ont proposé le modèle Daisyworld (et ses modifications, ci-dessus) comme preuve contre la plupart de ces critiques. [21] Lovelock a déclaré que le modèle Daisyworld « démontre que l'autorégulation de l'environnement mondial peut émerger de la concurrence entre les types de vie modifiant leur environnement local de différentes manières ». [50]

Lovelock was careful to present a version of the Gaia hypothesis that had no claim that Gaia intentionally or consciously maintained the complex balance in her environment that life needed to survive. It would appear that the claim that Gaia acts "intentionally" was a statement in his popular initial book and was not meant to be taken literally. This new statement of the Gaia hypothesis was more acceptable to the scientific community. Most accusations of teleologism ceased, following this conference. [ citation requise ]

Third Gaia conference Edit

By the time of the 2nd Chapman Conference on the Gaia Hypothesis, held at Valencia, Spain, on 23 June 2000, [51] the situation had changed significantly. Rather than a discussion of the Gaian teleological views, or "types" of Gaia hypotheses, the focus was upon the specific mechanisms by which basic short term homeostasis was maintained within a framework of significant evolutionary long term structural change.

  1. "How has the global biogeochemical/climate system called Gaia changed in time? What is its history? Can Gaia maintain stability of the system at one time scale but still undergo vectorial change at longer time scales? How can the geologic record be used to examine these questions?"
  2. "What is the structure of Gaia? Are the feedbacks sufficiently strong to influence the evolution of climate? Are there parts of the system determined pragmatically by whatever disciplinary study is being undertaken at any given time or are there a set of parts that should be taken as most true for understanding Gaia as containing evolving organisms over time? What are the feedbacks among these different parts of the Gaian system, and what does the near closure of matter mean for the structure of Gaia as a global ecosystem and for the productivity of life?"
  3. "How do models of Gaian processes and phenomena relate to reality and how do they help address and understand Gaia? How do results from Daisyworld transfer to the real world? What are the main candidates for "daisies"? Does it matter for Gaia theory whether we find daisies or not? How should we be searching for daisies, and should we intensify the search? How can Gaian mechanisms be collaborated with using process models or global models of the climate system that include the biota and allow for chemical cycling?"

In 1997, Tyler Volk argued that a Gaian system is almost inevitably produced as a result of an evolution towards far-from-equilibrium homeostatic states that maximise entropy production, and Kleidon (2004) agreed stating: ". homeostatic behavior can emerge from a state of MEP associated with the planetary albedo" ". the resulting behavior of a symbiotic Earth at a state of MEP may well lead to near-homeostatic behavior of the Earth system on long time scales, as stated by the Gaia hypothesis". Staley (2002) has similarly proposed ". an alternative form of Gaia theory based on more traditional Darwinian principles. In [this] new approach, environmental regulation is a consequence of population dynamics. The role of selection is to favor organisms that are best adapted to prevailing environmental conditions. However, the environment is not a static backdrop for evolution, but is heavily influenced by the presence of living and vibration-based beings and organisms. The resulting co-evolving dynamical process eventually leads to the convergence of equilibrium and optimal conditions", but would also require progress of truth and understanding in a lens that could be argued was put on hiatus while the species was proliferating the needs of Economic manipulation and environmental degradation while losing sight of the maturing nature of the needs of many. (12:22 10.29.2020)

Fourth Gaia conference Edit

A fourth international conference on the Gaia hypothesis, sponsored by the Northern Virginia Regional Park Authority and others, was held in October 2006 at the Arlington, VA campus of George Mason University. [53]

Martin Ogle, Chief Naturalist, for NVRPA, and long-time Gaia hypothesis proponent, organized the event. Lynn Margulis, Distinguished University Professor in the Department of Geosciences, University of Massachusetts-Amherst, and long-time advocate of the Gaia hypothesis, was a keynote speaker. Among many other speakers: Tyler Volk, Co-director of the Program in Earth and Environmental Science at New York University Dr. Donald Aitken, Principal of Donald Aitken Associates Dr. Thomas Lovejoy, President of the Heinz Center for Science, Economics and the Environment Robert Correll, Senior Fellow, Atmospheric Policy Program, American Meteorological Society and noted environmental ethicist, J. Baird Callicott.

After initially receiving little attention from scientists (from 1969 until 1977), thereafter for a period the initial Gaia hypothesis was criticized by a number of scientists, such as Ford Doolittle, [54] Richard Dawkins [55] and Stephen Jay Gould. [48] Lovelock has said that because his hypothesis is named after a Greek goddess, and championed by many non-scientists, [42] the Gaia hypothesis was interpreted as a neo-Pagan religion. Many scientists in particular also criticised the approach taken in his popular book Gaia, a New Look at Life on Earth for being teleological—a belief that things are purposeful and aimed towards a goal. Responding to this critique in 1990, Lovelock stated, "Nowhere in our writings do we express the idea that planetary self-regulation is purposeful, or involves foresight or planning by the biota".

Stephen Jay Gould criticised Gaia as being "a metaphor, not a mechanism." [56] He wanted to know the actual mechanisms by which self-regulating homeostasis was achieved. In his defense of Gaia, David Abram argues that Gould overlooked the fact that "mechanism", itself, is a metaphor — albeit an exceedingly common and often unrecognized metaphor — one which leads us to consider natural and living systems as though they were machines organized and built from outside (rather than as autopoietic or self-organizing phenomena). Mechanical metaphors, according to Abram, lead us to overlook the active or agential quality of living entities, while the organismic metaphorics of the Gaia hypothesis accentuate the active agency of both the biota and the biosphere as a whole. [57] [58] With regard to causality in Gaia, Lovelock argues that no single mechanism is responsible, that the connections between the various known mechanisms may never be known, that this is accepted in other fields of biology and ecology as a matter of course, and that specific hostility is reserved for his own hypothesis for other reasons. [59]

Aside from clarifying his language and understanding of what is meant by a life form, Lovelock himself ascribes most of the criticism to a lack of understanding of non-linear mathematics by his critics, and a linearizing form of greedy reductionism in which all events have to be immediately ascribed to specific causes before the fact. He also states that most of his critics are biologists but that his hypothesis includes experiments in fields outside biology, and that some self-regulating phenomena may not be mathematically explainable. [59]

Natural selection and evolution Edit

Lovelock has suggested that global biological feedback mechanisms could evolve by natural selection, stating that organisms that improve their environment for their survival do better than those that damage their environment. However, in the early 1980s, W. Ford Doolittle and Richard Dawkins separately argued against this aspect of Gaia. Doolittle argued that nothing in the genome of individual organisms could provide the feedback mechanisms proposed by Lovelock, and therefore the Gaia hypothesis proposed no plausible mechanism and was unscientific. [54] Dawkins meanwhile stated that for organisms to act in concert would require foresight and planning, which is contrary to the current scientific understanding of evolution. [55] Like Doolittle, he also rejected the possibility that feedback loops could stabilize the system.

Lynn Margulis, a microbiologist who collaborated with Lovelock in supporting the Gaia hypothesis, argued in 1999 that "Darwin's grand vision was not wrong, only incomplete. In accentuating the direct competition between individuals for resources as the primary selection mechanism, Darwin (and especially his followers) created the impression that the environment was simply a static arena". She wrote that the composition of the Earth's atmosphere, hydrosphere, and lithosphere are regulated around "set points" as in homeostasis, but those set points change with time. [60]

Evolutionary biologist W. D. Hamilton called the concept of Gaia Copernican, adding that it would take another Newton to explain how Gaian self-regulation takes place through Darwinian natural selection. [33] [ meilleure source nécessaire ] More recently Ford Doolittle building on his and Inkpen's ITSNTS (It's The Song Not The Singer) proposal [61] proposed that differential persistence can play a similar role to differential reproduction in evolution by natural selections, thereby providing a possible reconciliation between the theory of natural selection and the Gaia hypothesis. [62]

Criticism in the 21st century Edit

The Gaia hypothesis continues to be broadly skeptically received by the scientific community. For instance, arguments both for and against it were laid out in the journal Climatic Change in 2002 and 2003. A significant argument raised against it are the many examples where life has had a detrimental or destabilising effect on the environment rather than acting to regulate it. [8] [9] Several recent books have criticised the Gaia hypothesis, expressing views ranging from ". the Gaia hypothesis lacks unambiguous observational support and has significant theoretical difficulties" [63] to "Suspended uncomfortably between tainted metaphor, fact, and false science, I prefer to leave Gaia firmly in the background" [10] to "The Gaia hypothesis is supported neither by evolutionary theory nor by the empirical evidence of the geological record". [64] The CLAW hypothesis, [18] initially suggested as a potential example of direct Gaian feedback, has subsequently been found to be less credible as understanding of cloud condensation nuclei has improved. [65] In 2009 the Medea hypothesis was proposed: that life has highly detrimental (biocidal) impacts on planetary conditions, in direct opposition to the Gaia hypothesis. [66]

In a 2013 book-length evaluation of the Gaia hypothesis considering modern evidence from across the various relevant disciplines, Toby Tyrrell concluded that: "I believe Gaia is a dead end*. Its study has, however, generated many new and thought provoking questions. While rejecting Gaia, we can at the same time appreciate Lovelock's originality and breadth of vision, and recognize that his audacious concept has helped to stimulate many new ideas about the Earth, and to champion a holistic approach to studying it". [67] Elsewhere he presents his conclusion "The Gaia hypothesis is not an accurate picture of how our world works". [68] This statement needs to be understood as referring to the "strong" and "moderate" forms of Gaia—that the biota obeys a principle that works to make Earth optimal (strength 5) or favourable for life (strength 4) or that it works as a homeostatic mechanism (strength 3). The latter is the "weakest" form of Gaia that Lovelock has advocated. Tyrrell rejects it. However, he finds that the two weaker forms of Gaia—Coeveolutionary Gaia and Influential Gaia, which assert that there are close links between the evolution of life and the environment and that biology affects the physical and chemical environment—are both credible, but that it is not useful to use the term "Gaia" in this sense and that those two forms were already accepted and explained by the processes of natural selection and adaptation. [69]


Author Summary

Knowing the number of species on Earth is one of the most basic yet elusive questions in science. Unfortunately, obtaining an accurate number is constrained by the fact that most species remain to be described and because indirect attempts to answer this question have been highly controversial. Here, we document that the taxonomic classification of species into higher taxonomic groups (from genera to phyla) follows a consistent pattern from which the total number of species in any taxonomic group can be predicted. Assessment of this pattern for all kingdoms of life on Earth predicts ∼8.7 million (±1.3 million SE) species globally, of which ∼2.2 million (±0.18 million SE) are marine. Our results suggest that some 86% of the species on Earth, and 91% in the ocean, still await description. Closing this knowledge gap will require a renewed interest in exploration and taxonomy, and a continuing effort to catalogue existing biodiversity data in publicly available databases.

Citation: Mora C, Tittensor DP, Adl S, Simpson AGB, Worm B (2011) How Many Species Are There on Earth and in the Ocean? PLoS Biol 9(8): e1001127. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001127

Éditeur académique : Georgina M. Mace, Imperial College London, United Kingdom

A reçu: November 12, 2010 Accepté: July 13, 2011 Publié : August 23, 2011

Droits d'auteur: © 2011 Mora et al. Il s'agit d'un article en libre accès distribué sous les termes de la Creative Commons Attribution License, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n'importe quel support, à condition que l'auteur original et la source soient crédités.

Le financement: Funding was provided by the Sloan Foundation through the Census of Marine Life Program, Future of Marine Animal Populations project. Les bailleurs de fonds n'ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit.

Intérêts concurrents : Les auteurs ont déclaré qu'ils n'existaient pas de conflit d'intérêts.


Connexion artistique

At each sublevel in the taxonomic classification system, organisms become more similar. Les chiens et les loups sont la même espèce car ils peuvent se reproduire et produire une progéniture viable, mais ils sont suffisamment différents pour être classés comme des sous-espèces différentes. (credit “plant”: modification of work by "berduchwal"/Flickr credit “insect”: modification of work by Jon Sullivan credit “fish”: modification of work by Christian Mehlführer credit “rabbit”: modification of work by Aidan Wojtas credit “cat”: modification of work by Jonathan Lidbeck credit “fox”: modification of work by Kevin Bacher, NPS credit “jackal”: modification of work by Thomas A. Hermann, NBII, USGS credit “wolf”: modification of work by Robert Dewar credit “dog”: modification of work by "digital_image_fan"/Flickr)

A quels niveaux les chats et les chiens sont-ils considérés comme faisant partie du même groupe ?


Organizing Life on Earth

All life on Earth evolved from a common ancestor. Biologists map how organisms are related by constructing phylogenetic trees. In other words, a “tree of life” can be constructed to illustrate when different organisms evolved and to show the relationships among different organisms, as shown in [link]. Notice that from a single point, the three domains of Archaea, Bacteria, and Eukarya diverge and then branch repeatedly. The small branch that plants and animals (including humans) occupy in this diagram shows how recently these groups had their origin compared with other groups.

The phylogenetic tree in [link] illustrates the pathway of evolutionary history. The pathway can be traced from the origin of life to any individual species by navigating through the evolutionary branches between the two points. Also, by starting with a single species and tracing backward to any branch point, the organisms related to it by various degrees of closeness can be identified.

UNE phylogeny is the evolutionary history and the relationships among a species or group of species. The study of organisms with the purpose of deriving their relationships is called systematics.

Many disciplines within the study of biology contribute to understanding how past and present life evolved over time, and together they contribute to building, updating, and maintaining the “tree of life.” Information gathered may include data collected from fossils, from studying morphology, from the structure of body parts, or from molecular structure, such as the sequence of amino acids in proteins or DNA nucleotides. By considering the trees generated by different sets of data scientists can put together the phylogeny of a species.

Scientists continue to discover new species of life on Earth as well as new character information, thus trees change as new data arrive.

The Levels of Classification

Taxonomie (which literally means “arrangement law”) is the science of naming and grouping species to construct an internationally shared classification system. The taxonomic classification system (also called the Linnaean system after its inventor, Carl Linnaeus, a Swedish naturalist) uses a hierarchical model. A hierarchical system has levels and each group at one of the levels includes groups at the next lowest level, so that at the lowest level each member belongs to a series of nested groups. An analogy is the nested series of directories on the main disk drive of a computer. For example, in the most inclusive grouping, scientists divide organisms into three domaines: Bacteria, Archaea, and Eukarya. Within each domain is a second level called a kingdom. Each domain contains several kingdoms. Within kingdoms, the subsequent categories of increasing specificity are: phylum, classer, ordre, famille, genre, et espèce.

As an example, the classification levels for the domestic dog are shown in [link]. The group at each level is called a taxon (plural: taxa). In other words, for the dog, Carnivora is the taxon at the order level, Canidae is the taxon at the family level, and so forth. Organisms also have a common name that people typically use, such as domestic dog, or wolf. Each taxon name is capitalized except for species, and the genus and species names are italicized. Scientists refer to an organism by its genus and species names together, commonly called a scientific name, or Latin name. This two-name system is called binomial nomenclature. The scientific name of the wolf is therefore Canis lupus. Recent study of the DNA of domestic dogs and wolves suggest that the domestic dog is a subspecies of the wolf, not its own species, thus it is given an extra name to indicate its subspecies status, Canis lupus familiaris.

[link] also shows how taxonomic levels move toward specificity. Notice how within the domain we find the dog grouped with the widest diversity of organisms. These include plants and other organisms not pictured, such as fungi and protists. At each sublevel, the organisms become more similar because they are more closely related. Before Darwin’s theory of evolution was developed, naturalists sometimes classified organisms using arbitrary similarities, but since the theory of evolution was proposed in the 19 th century, biologists work to make the classification system reflect evolutionary relationships. This means that all of the members of a taxon should have a common ancestor and be more closely related to each other than to members of other taxa.

Recent genetic analysis and other advancements have found that some earlier taxonomic classifications do not reflect actual evolutionary relationships, and therefore, changes and updates must be made as new discoveries take place. One dramatic and recent example was the breaking apart of prokaryotic species, which until the 1970s were all classified as bacteria. Their division into Archaea and Bacteria came about after the recognition that their large genetic differences warranted their separation into two of three fundamental branches of life.

In what levels are cats and dogs considered to be part of the same group?

Visit this PBS site to learn more about taxonomy. Under Classifying Life, click Launch Interactive.

Classification et phylogénie

Les scientifiques utilisent un outil appelé arbre phylogénétique pour montrer les voies évolutives et les relations entre les organismes. UNE phylogenetic tree est un diagramme utilisé pour refléter les relations évolutives entre les organismes ou les groupes d'organismes. La classification hiérarchique des groupes imbriqués dans des groupes plus inclusifs est reflétée dans des diagrammes. Les scientifiques considèrent les arbres phylogénétiques comme une hypothèse du passé évolutif car on ne peut pas remonter le temps pour confirmer les relations proposées.

Unlike with a taxonomic classification, a phylogenetic tree can be read like a map of evolutionary history, as shown in [link]. Des caractéristiques partagées sont utilisées pour construire des arbres phylogénétiques. The point where a split occurs in a tree, called a branch point, represents where a single lineage evolved into distinct new ones. De nombreux arbres phylogénétiques ont un seul point de branche à la base représentant un ancêtre commun à toutes les branches de l'arbre. Scientists call such trees enraciné, which means there is a single ancestral taxon at the base of a phylogenetic tree to which all organisms represented in the diagram descend from. Lorsque deux lignées proviennent du même point de ramification, elles sont appelées sister taxa, for example the two species of orangutans. Un point de branchement avec plus de deux groupes illustre une situation pour laquelle les scientifiques n'ont pas définitivement déterminé les relations. Un exemple est illustré par les trois branches menant à la sous-espèce de gorille dont les relations exactes ne sont pas encore comprises. Il est important de noter que les taxons frères partagent un ancêtre, ce qui ne signifie pas qu'un taxon a évolué à partir de l'autre. Le point de branchement, ou division, représente un ancêtre commun qui existait dans le passé, mais qui n'existe plus. Les humains n'ont pas évolué à partir des chimpanzés (et les chimpanzés n'ont pas évolué à partir des humains) bien qu'ils soient nos plus proches parents vivants. Les humains et les chimpanzés ont évolué à partir d'un ancêtre commun qui a vécu, selon les scientifiques, il y a six millions d'années et qui était différent des chimpanzés et des humains modernes.

Les points de branchement et les branches dans la structure arborescente phylogénétique impliquent également un changement évolutif. Parfois, les changements de caractère significatifs sont identifiés sur une branche ou un point de branche. For example, in [link], the branch point that gives rise to the mammal and reptile lineage from the frog lineage shows the origin of the amniotic egg character. De plus, le point de ramification qui donne naissance aux organismes à pattes est indiqué comme ancêtre commun des mammifères, des reptiles, des amphibiens et des poissons à mâchoires.

Cet exercice interactif vous permet d'explorer les relations évolutives entre les espèces.

Limitations of Phylogenetic Trees

It is easy to assume that more closely related organisms look more alike, and while this is often the case, it is not always true. If two closely related lineages evolved under significantly different surroundings or after the evolution of a major new adaptation, they may look quite different from each other, even more so than other groups that are not as closely related. For example, the phylogenetic tree in [link] shows that lizards and rabbits both have amniotic eggs, whereas salamanders (within the frog lineage) do not yet on the surface, lizards and salamanders appear more similar than the lizards and rabbits.

Another aspect of phylogenetic trees is that, unless otherwise indicated, the branches do not show length of time, they show only the order in time of evolutionary events. In other words, a long branch does not necessarily mean more time passed, nor does a short branch mean less time passed— unless specified on the diagram. For example, in [link], the tree does not indicate how much time passed between the evolution of amniotic eggs and hair. What the tree does show is the order in which things took place. Again using [link], the tree shows that the oldest trait is the vertebral column, followed by hinged jaws, and so forth. Remember that any phylogenetic tree is a part of the greater whole, and similar to a real tree, it does not grow in only one direction after a new branch develops. So, for the organisms in [link], just because a vertebral column evolved does not mean that invertebrate evolution ceased, it only means that a new branch formed. Also, groups that are not closely related, but evolve under similar conditions, may appear more similar to each other than to a close relative.

Résumé de la section

Scientists continually obtain new information that helps to understand the evolutionary history of life on Earth. Chaque groupe d'organismes a traversé son propre parcours évolutif, appelé sa phylogénie. Each organism shares relatedness with others, and based on morphologic and genetic evidence scientists attempt to map the evolutionary pathways of all life on Earth. Historically, organisms were organized into a taxonomic classification system. However, today many scientists build phylogenetic trees to illustrate evolutionary relationships and the taxonomic classification system is expected to reflect evolutionary relationships.

Connexions artistiques

[link] In what levels are cats and dogs considered to be part of the same group?

[link] Cats and dogs are part of the same group at five levels: both are in the domain Eukarya, the kingdom Animalia, the phylum Chordata, the class Mammalia, and the order Carnivora.

Choix multiple

What is a phylogeny a description of?

What do scientists in the field of systematics accomplish?

  1. discover new fossil sites
  2. organize and classify organisms
  3. name new species
  4. communicate between field biologists

Which statement about the taxonomic classification system is correct?

  1. There are more domains than kingdoms.
  2. Kingdoms are the top category of classification.
  3. A phylum may be represented in more than one kingdom.
  4. Species are the most specific category of classification.

Which best describes the relationship between chimpanzees and humans?

  1. chimpanzees evolved from humans
  2. humans evolved from chimpanzees
  3. chimpanzees and humans evolved from a common ancestor
  4. chimpanzees and humans belong to the same species

Which best describes a branch point in a phylogenetic tree?

Réponse libre

How does a phylogenetic tree indicate major evolutionary events within a lineage?

The phylogenetic tree shows the order in which evolutionary events took place and in what order certain characteristics and organisms evolved in relation to others. It does not generally indicate time durations.

List the different levels of the taxonomic classification system.

Domain, Kingdom, Phylum, Class, Order, Family, Genus, and Species.

Glossaire


Connexion artistique

At each sublevel in the taxonomic classification system, organisms become more similar. Les chiens et les loups sont la même espèce car ils peuvent se reproduire et produire une progéniture viable, mais ils sont suffisamment différents pour être classés comme des sous-espèces différentes. (credit “plant”: modification of work by "berduchwal"/Flickr credit “insect”: modification of work by Jon Sullivan credit “fish”: modification of work by Christian Mehlführer credit “rabbit”: modification of work by Aidan Wojtas credit “cat”: modification of work by Jonathan Lidbeck credit “fox”: modification of work by Kevin Bacher, NPS credit “jackal”: modification of work by Thomas A. Hermann, NBII, USGS credit “wolf”: modification of work by Robert Dewar credit “dog”: modification of work by "digital_image_fan"/Flickr)

A quels niveaux les chats et les chiens sont-ils considérés comme faisant partie du même groupe ?


Connexion artistique

At each sublevel in the taxonomic classification system, organisms become more similar. Les chiens et les loups sont la même espèce car ils peuvent se reproduire et produire une progéniture viable, mais ils sont suffisamment différents pour être classés comme des sous-espèces différentes. (credit “plant”: modification of work by "berduchwal"/Flickr credit “insect”: modification of work by Jon Sullivan credit “fish”: modification of work by Christian Mehlführer credit “rabbit”: modification of work by Aidan Wojtas credit “cat”: modification of work by Jonathan Lidbeck credit “fox”: modification of work by Kevin Bacher, NPS credit “jackal”: modification of work by Thomas A. Hermann, NBII, USGS credit “wolf”: modification of work by Robert Dewar credit “dog”: modification of work by "digital_image_fan"/Flickr)

At what levels are cats and dogs part of the same group?


Phylogenetic Trees

Phylogenetic Trees

Scientists use a tool called a phylogenetic tree to show the evolutionary pathways and connections among organisms. A phylogenetic tree is a diagram used to reflect evolutionary relationships among organisms or groups of organisms. Scientists consider phylogenetic trees to be a hypothesis of the evolutionary past since one cannot go back to confirm the proposed relationships. En d'autres termes, un arbre de la vie can be constructed to illustrate when different organisms evolved and to show the relationships among different organisms (Figure 20.2).

Unlike a taxonomic classification diagram, a phylogenetic tree can be read like a map of evolutionary history. Many phylogenetic trees have a single lineage at the base representing a common ancestor. Scientists call such trees enraciné, which means there is a single ancestral lineage (typically drawn from the bottom or left) to which all organisms represented in the diagram relate. Notice in the rooted phylogenetic tree that the three domains— Bacteria, Archaea, and Eukarya—diverge from a single point and branch off. The small branch that plants and animals (including humans) occupy in this diagram shows how recent and miniscule these groups are compared with other organisms. Les arbres non racinés ne montrent pas d'ancêtre commun mais montrent des relations entre les espèces.

In a rooted tree, the branching indicates evolutionary relationships (Figure 20.3). Le point où une scission se produit, appelé un branch point, représente l'endroit où une lignée unique a évolué en une nouvelle lignée distincte. Une lignée qui a évolué tôt à partir de la racine et reste non ramifiée est appelée taxon de base. Lorsque deux lignées proviennent du même point de ramification, elles sont appelées sister taxa. Une branche avec plus de deux lignées est appelée une polytomie et sert à illustrer où les scientifiques n'ont pas définitivement déterminé toutes les relations. Il est important de noter que bien que les taxons frères et la polytomie partagent un ancêtre, cela ne signifie pas que les groupes d'organismes se sont séparés ou ont évolué les uns des autres. Les organismes de deux taxons peuvent s'être séparés à un point de ramification spécifique, mais aucun des taxons n'a donné naissance à l'autre.

The diagrams above can serve as a pathway to understanding evolutionary history. The pathway can be traced from the origin of life to any individual species by navigating through the evolutionary branches between the two points. Also, by starting with a single species and tracing back towards the trunk of the tree, one can discover that species' ancestors, as well as where lineages share a common ancestry. De plus, l'arbre peut être utilisé pour étudier des groupes entiers d'organismes.

Another point to mention on phylogenetic tree structure is that rotation at branch points does not change the information. Par exemple, si un point de ramification était tourné et que l'ordre des taxons était modifié, cela ne modifierait pas les informations car l'évolution de chaque taxon à partir du point de ramification était indépendante de l'autre.

Many disciplines within the study of biology contribute to understanding how past and present life evolved over time these disciplines together contribute to building, updating, and maintaining the arbre de la vie. Information is used to organize and classify organisms based on evolutionary relationships in a scientific field called systematics. Les données peuvent être collectées à partir de fossiles, en étudiant la structure de parties du corps ou de molécules utilisées par un organisme, et par analyse d'ADN. By combining data from many sources, scientists can put together the phylogeny of an organism since phylogenetic trees are hypotheses, they will continue to change as new types of life are discovered and new information is learned.


Organizing Life on Earth

All life on Earth evolved from a common ancestor. Biologists map how organisms are related by constructing phylogenetic trees. In other words, a “tree of life” can be constructed to illustrate when different organisms evolved and to show the relationships among different organisms, as shown in Figure 12.2. Notice that from a single point, the three domains of Archaea, Bacteria, and Eukarya diverge and then branch repeatedly. The small branch that plants and animals (including humans) occupy in this diagram shows how recently these groups had their origin compared with other groups.

The phylogenetic tree in Figure 12.2 illustrates the pathway of evolutionary history. The pathway can be traced from the origin of life to any individual species by navigating through the evolutionary branches between the two points. Also, by starting with a single species and tracing backward to any branch point, the organisms related to it by various degrees of closeness can be identified.

UNE phylogeny is the evolutionary history and the relationships among a species or group of species. The study of organisms with the purpose of deriving their relationships is called systematics.

Many disciplines within the study of biology contribute to understanding how past and present life evolved over time, and together they contribute to building, updating, and maintaining the “tree of life.” Information gathered may include data collected from fossils, from studying morphology, from the structure of body parts, or from molecular structure, such as the sequence of amino acids in proteins or DNA nucleotides. By considering the trees generated by different sets of data scientists can put together the phylogeny of a species.

Scientists continue to discover new species of life on Earth as well as new character information, thus trees change as new data arrive.


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