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Des maths, des ordinateurs et des crocodiles

09 octobre 2013 

Quel est le point commun entre une mayonnaise maison et une tablette tactile ?
Les maths peuvent-ils permettre de classer les dinosaures ?
Est-ce que "cladistique" est un gros mot ?

Suite et fin de notre brève histoire des classifications du vivant !

De la mayonnaise aux processeurs

Un tournant dans l’histoire des classifications prend naissance en 1936. Cette invention, bien que très éloignée de la biologie, va influencer le monde entier. Un jeune mathématicien, Alan Turing, invente une machine capable de réaliser des instructions données par des algorithmes.

Un algorithme, ce n’est pas la danse des algues mais un ensemble de consignes pour réaliser une tâche donnée. Une recette de cuisine, par exemple, est un algorithme. Prenons la recette de la mayonnaise : les instructions de départ sont de prendre l’huile, les œufs et la moutarde.

Recette de la mayonnaise

Prendre un jaune d'oeuf, de l'huile et de la moutarde.

1) Vérifier que l'huile est à plus de 20°C.

Si l'huile est à plus de 20°C, passer à l'étape 2. Sinon, passer à l'étape 1B).

1B) La mettre près d'une source de chaleur. Revenir à l'étape 1).

2) Mettre le jaune d'oeuf dans un saladier. Ajouter un mince filet de moutarde.

(etc...)

Dès l'étape 1°, une première possibilité (ou « variable ») apparait. L’instruction dit : « l’huile doit être à plus de 20°C ». Vous regardez donc l’huile. Si l’huile est à plus de 20°C, alors on passe à l’étape 2 de la recette. Sinon, on passe à l’étape 1B de la recette : mettre l’huile près d’une source de chaleur, attendre puis recommencer l’opération. L’huile est-elle maintenant à plus de 20°C ? Si oui, passer à l’étape 2. Sinon, passer à l’étape 1B. Etc., jusqu’à la fin de la recette de la mayonnaise.

La machine de Turing ne réalise pas de mayonnaise (elle pourrait !) mais des calculs. C’est l’ancêtre de nos ordinateurs, smartphones ou tablettes.

Des algorithmes en biologie ?

Cette invention lance les premiers pas de l’informatique. Elle – et d’autres, qui vont suivre – révolutionne de nombreux domaines : physique, armement, ingénierie… ou biologie ! Elle permet ainsi de réfléchir à une méthode pour classer le vivant. Cela est très important en sciences : cela permet d’une part aux scientifiques du monde entier de se comprendre lorsqu’ils travaillent (si l’un classe les chiens avec sa propre méthode, l’autre les chats tout autrement, comment alors regrouper leurs travaux pour faire un arbre des mammifères ?), d’autre part de vérifier tous ensemble si la méthode que l’on utilise fonctionne bien ou non.

Cependant, avant les années 1950, peu de biologistes se penchent vraiment sur de grandes procédures pour classer le vivant.

La phénétique : des maths et de la biologie

En 1963, deux biologistes, Robert Sokal et Peter Sneath, proposent une méthode pour classer le vivant. Elle est très rigoureuse, mais renonce à retrouver la généalogie des êtres vivants que souhaitait Darwin. Elle se base plutôt sur la ressemblance entre les différents individus. On sait en effet que les crocodiles ressemblent davantage aux lézards et aux serpents qu’aux oiseaux, mais on sait aussi qu’ils sont plus proches cousins des oiseaux (tous deux ont un gésier, les mêmes os et articulations, des organes communs…) que des lézards et des serpents. Darwin proposerait donc de classer les crocodiles avec les oiseaux ; la méthode de Sokal et Sneath les classe au contraire avec les lézards et les serpents.

La cladistique, c’est logique !

C’est en 1966 que paraît la clé de l’énigme : enfin, l’on trouve une méthode pour reconstituer la généalogie du vivant comme le souhaitait Darwin. L’auteur de cette méthode est un entomologiste (un spécialiste des insectes) allemand alors méconnu, Willi Hennig.

Il la publie en 1950, mais en allemand. Personne ou presque ne la lit donc, et elle n’a aucun impact sur le monde scientifique. Mais, en 1966, traduit en anglais, l’ouvrage (alors baptisé « Phylogenetic Systematics ») est une vraie révolution dans les sciences de la vie.

La méthode qu’il propose, la Cladistique, s’impose rapidement malgré une courte mais sévère controverse entre Ernst Mayr (tenant de l’école gradiste) et Hennig. Plusieurs décennies plus tard, c’est toujours elle qui est utilisée dans les laboratoires du monde entier !

Comment ça marche ?

La Cladistique ne fait ni chainons manquants, ni types, ni téléologie. Elle recense tous les attributs, ou caractères, de chaque être vivant. Son principe : trouver si des points communs à deux espèces sont dus au hasard (les ailes des mouches et des oiseaux, par exemple) ou au fait que ces espèces soient proches cousines, et que ces points communs soient l’héritage d’un ancêtre commun (les poils des chiens et des chats, par exemple).

Ainsi, chauves-souris, chiens, chats ou hommes ont des poils, différents types de dents, des pavillons aux oreilles et allaitent leurs petits. Ces points communs ne sont pas dus au hasard mais au fait que tous trois descendent d’un même ancêtre commun, qui possédait tous ces attributs. C’est d’ailleurs le cas de tous les descendants de cet ancêtre commun, qu’ils soient disparus ou qu’ils existent encore. Nous les appelons « mammifères ». Les crocodiles sont plus proches cousins des oiseaux que des serpents ou des lézards ; crocodiles et oiseaux partagent ainsi un ancêtre commun qui leur est propre. Aussi, on les range tous dans un même groupe (les Archosaures), auquel n’appartiennent pas les lézards ou les serpents.

 

On peut résumer la cladistique en 4 points :

1)      On regroupe les espèces en fonction de « qui partage quoi avec qui ».

2)      On ne peut pas partager une « absence de ». On ne peut ainsi pas faire de groupe de « n’a pas de pattes » ou « n’a pas de vertèbres ». Sinon, une tablette de chocolat et une ampoule pourraient en faire partie !

3)      Les groupes matérialisent le partage d’un ancêtre commun

4)      On ne peut jamais, jamais sortir d’un groupe !

 

L’enquête policière consiste donc à trouver un le plus possible de caractères à comparer. Certains peuvent en effet nous induire en erreur (les oiseaux, les chauves-souris et les insectes ont des ailes ; pourtant, ils ne doivent pas cela à un ancêtre commun). Heureusement, plus on a de caractères, moins l’on a de chances d’être induits en erreur et donc de se tromper.

 

Depuis quelques années, la méthode cladistique est même enseignée à l’école !

 

Les épisodes précédents :

Épisode 1 : Des classifications antiques (17 juillet)

Épisode 2 : Au Moyen-Âge (24 juillet)

Épisode 3 : À la Renaissance (31 juillet)

Épisode 4 : Linné (7 aout)

Épisode 5 : Buffon (14 aout)

Épisode 6 : Des arbres...mais pas d'évolution (21 aout)

Épisode 7 : Lamarck (28 aout)

Épisode 8 : Tout sur Darwin ! (4 septembre)

Épisode 9 : Perdus après Darwin (11 septembre)

Épisode 10 : La génétique (18 septembre)

Épisode 11 : Le gradisme (25 septembre)

Première série : la sélection naturelle

Épisode 1 : Des yeux et des pigeons (19 juin)

Épisode 2 : Des chats au pôle nord (26 juin)

Épisode 3 : Des textos et des zombies (10 juillet).

sciences de la vie - classification - évolution - cladistique

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