des phénotypes

L'ensemble des caractéristiques morpho-anatomiques, physiologiques et comportementales d'un individu est appelé phénotype. Ainsi son plan d'organisation, sa taille, sa couleur, son groupe sanguin... constituent-ils des éléments du phénotype. La variabilité intraspécifique nécessaire aux processus évolutifs peut être qualifiée de variabilité phénotypique. La comparaison des phénotypes entre espèces est à la base de la classification phylogénétique des êtres vivants.

Les différentes échelles d'étude du phénotype

Le phénotype peut se définir aux différentes échelles de l'organisation du vivant. Les techniques d'observation déterminent alors la nature du phénotype décrit. La simple observation morpho-anatomique, physiologique ou comportementale de l'individu donne accès au phénotype macroscopique. Les techniques fondées principalement sur la microscopie donnent accès au phénotype cellulaire. Enfin les techniques biochimiques permettent d'appréhender le phénotype moléculaire.
Les différents niveaux de définition d'un phénotype sont évidemment liés entre eux. Puisque les molécules interviennent dans les structures et les activités cellulaires, le phénotype moléculaire conditionne le phénotype cellulaire. Puisque les organismes sont constitués de cellules fonctionnant de façon parfaitement intégrée, le phénotype cellulaire a des répercutions sur le phénotype macroscopique.

Phénotype, gènes et environnement

Les gènes codent pour des protéines qui sont responsables de l'établissement du phénotype. Néanmoins, l'intervention d'une protéine dans la réalisation du phénotype est elle même dépendante de facteurs environnementaux. Certains facteurs de l'environnement peuvent modifier directement le génotype : la fréquence des mutations peut en effet varier selon la présence d'agents mutagènes de l'environnement.

Certains facteurs de l'environnement peuvent modifier un phénotype sans changer le génotype : par exemple la mutation drépanocytaire du gène de la b globine donne toujours une hémoglobine anormale HbS. Mais c'est seulement si la température s'élève, si la concentration en O2 diminue ou par déshydratation que cette hémoglobine se polymérise.

De même , l'existence de gènes de prédisposition à tel ou tel caractère (par exemple : apparition du cancer colorectal) est établi par des données statistiques ou génétiques. Porter un gène qui prédispose à une maladie donne une plus grande probabilité de développer celle-ci. Mais cela n'est pas obligatoire : il faut que des facteurs environnementaux interviennent pour le déclenchement de celle_ci.

Finalement, il apparaît que l'élaboration d'un phénotype est le résultat de relation complexes entre gènes et environnement :

certains phénotypes ne sont l'expression que d'un seul gène
d'autres caractères viennent de l'expression de plusieurs gènes
des phénotypes apparaissent en fonction de l'environnement

Phénotypes et classification phylogénétique

A l'échelle macroscopique

Organisation interne

Le plan d’organisation correspond à l’organisation générale du corps, c’est à dire la disposition des organes les uns par rapport aux autres et par rapport aux grands axes du corps (axes de polarité).

Malgré la diversité des organes observés chez les vertébrés (présence ou absence, forme, taille…) on remarque que ces organes ont dans les grandes lignes, la même disposition les uns par rapport aux autres et par rapport aux axes de polarités : ils ont le même plan d’organisation.

Ces remarquables similitudes des plans d’organisation des vertébrés illustrent bien qu’ils ont une origine commune et donc un ancêtre commun.


Poisson (carpe)	Amphibien (grenouille)	Reptile dinosaurien (compsognathus)	Oiseau (poule)	Mammifère (cheval)

L'observation des squelettes de Vertébrés permet de constater rapidement des points communs et des différences :

ici on constate que les 5 animaux présentés partagent tous la présence d'une colonne vertébrale
tous, sauf le poisson, sont tétrapodes
le reptile et l'oiseau ont des squelettes très ressemblants (forme du bassin...)

Ces constats seront à la base de l'élaboration d'arbres phylogénétiques symbolisant les divers liens de parenté entre eux.

Des comparaisons concernant l'architecture générale du squelette interne permet également de montrer que tous les vertébrés présentent un même plan d’organisation définit par trois axes de polarité :

L’axe antéro-postérieur, passant par la colonne vertébrale et allant de la tête à la queue.

L’axe dorso-ventral, passant du dos au ventre et perpendiculaire au premier

L’axe droite-gauche.

Le corps peut-être divisé en 2 moitiés semblables, droite et gauche, selon un plan passant par la colonne vertébrale : le plan de symétrie bilatérale.

Membres antérieurs des Vertébrés

De la même façon il est possible de comparer, non plus l'organisme dans sa totalité, mais certaines parties de celui-ci. C'est le cas avec la comparaison des membres antérieurs des vertébrés. On remarque par ces comparaisons une même organisation générale des membres (même plan d'organisation).

Les développements embryonnaires

Les Vertébrés possèdent un même plan d'organisation : celui-ci se met en place au cours de l'embryogenèse.

Malgré des différences importantes, au début et à la fin du développement, les embryons des vertébrés passent tous par un stade de développement semblable.

Au sein des vertébrés, les étapes de développement embryonnaire sont communes (Segmentation, gastrulation, organogenèse). Il existe donc dans la cellule œuf un programme qui contrôle le développement pendant lequel apparaît le plan d’organisation : c’est le programme génétique de développement embryonnaire (sous commande des gènes homéotiques) qui permet la mise en place des axes de polarité et du plan de symétrie autour desquels s'organise l'embryon puis tout l'organisme.

Les mécanismes identiques de développement embryonnaire témoignent d’une parenté entre les différents groupes de vertébrés.

A l'échelle moléculaire

Le phénotype, à l'échelle moléculaire, correspond aux différentes protéines fabriquées sous la commande d'un programme génétique : le phénotype d'un organisme est conditionné par les protéines qu'il possède. les protéines sont des molécules qui résultent de la transcription puis de la traduction de différents gènes de l'ADN : ce sont des polymères d'acides aminés organisés en ce que l'on appelle des "chaînes polypeptidiques" (la liaison entre chaque acide aminé est une liaison peptidique). L'ordre d'enchaînement des acides aminés va, en partie, conditionner la forme spatiale de la protéine associée (la protéines correspond donc à la chaîne polypeptidique, une fois que cette dernière a acquis une forme tridimensionnelle). cette structure tridimensionnelle vient des repliements possibles de la chaîne qui sont la conséquence des liaisons fortes ou faibles que les différents acides aminés effectuent entre eux.

Il existe une variabilité des phénotypes moléculaires que l'on nomme des phénotypes moléculaires alternatifs. C'est le cas, par exemple, de la béta-globine qui présente différentes versions dont la plupart sont à l'origine de maladies héréditaires graves (drépanocytose et thalassémies) :

une forme "normale" de 146 acides aminés
une forme anormale de 146 acides aminés mais dont le 6ième acide aminé est différent (une valine remplace l'acide glutamique)
des formes anormales de 16 à 58 acides aminés au lieu des 146 attendus)

La forme spatiale des protéines conditionnant leur mode de fonctionnement (et dans ce cas il s'agit de la majorité des réactions biochimiques cellulaires), des variations de phénotypes moléculaires engendrent des modifications de phénotypes cellulaires et macroscopiques.

Parce que les protéines présentent des séquences en acides aminés(et donc comparables entre elles), qu'elles sont une expression du génotype (et donc associées à l'hérédité) et qu'elles présentent à la fois des différences et des ressemblances, ce matériel sera utilisé pour retrouver des liens de parenté.

Remarque : on parlera de molécules homologues s’il y a similitude des séquences : il faut au moins 20% de similitude des séquences pour pouvoir effectuer des "liens de parenté" entre ce type de molécules.