La classification de la vie : De la taxonomie linnéenne au code-barres génétique

Krysta Levac
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8.1

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Apprends-en davantage sur deux systèmes taxonomiques que les scientifiques utilisent pour classifier la vie qui nous entoure.

Depuis toujours, les gens cherchent à classer les êtres vivants. Toutefois, la Terre abrite de 10 à 100 millions d’espèces différentes. Ça représente beaucoup d’êtres vivants à identifier et à nommer!

Les biologistes qui classifient les organismes sont appelés taxonomistes. La taxonomie comprend trois étapes. Il faut d’abord identifier un être vivant. Il faut ensuite le nommer. Il faut enfin le classer par rapport aux autres êtres vivants.

Pendant longtemps, la taxonomie a été basée sur la morphologie. Cela signifie que l’on tenait compte d’attributs physiques comme la taille, la forme, la couleur et la structure corporelle. Les gens ont réussi à décrire environ deux millions d’espèces de cette façon. Cela signifie également que la plupart des espèces de la planète doivent encore être nommées et classées.

De nouvelles technologies comme le code-barres génétique aident les scientifiques à rattraper leur retard. Il s’agit du deuxième grand changement en taxonomie. Le premier s’est produit il y a environ 250 ans. Ensemble, ils fournissent les clés pour comprendre la biodiversité de la Terre.

La naissance de la taxonomie moderne

Carl Linnæus (1707-1778) était un scientifique suédois célèbre. Ses travaux ont complètement révolutionné la taxonomie. Les scientifiques utilisent encore le système taxonomique linnéen.

Page titre de Species plantarum
Page titre de Species plantarum (1753) par Carl Linnæus (Carl Linnæus [domaine public] par Wikimedia Commons).

La nomenclature biologique est une manière sophistiquée de dire « comment nommer les êtres vivants ». Avant Linnæus (ou Linné), les gens classaient les organismes à l’aide de longues chaînes de mots latins. Prenons par exemple le nom scientifique complet de l’abeille à miel. C’était Apis pubescens, thorace subgriseoabdomine fuscopedibus posticus glabisuntrinque margine ciliatus. Pas facile à dire, n’est-ce pas?

Linnæus a simplifié les choses en utilisant seulement deux noms pour chaque espèce. Un nom fait référence au genre et l’autre à l’espèce. C’est ce qu’on appelle le système binomial (à deux noms).

Par exemple, les humains sont appelés Homo sapiens. Homo est notre genre. Sapiens est notre espèce. Ce système a donné à l’abeille à miel un nom scientifique beaucoup plus simple : Apis mellifera.

Le savais-tu? 

Les noms scientifiques standards les plus anciens pour les plantes et les animaux sont tirés de deux livres de Linnæus. Il a publié Systema Naturae en 1735 et Species Plantarum en 1753.

Linnæus a emprunté les termes « genre » et « espèce » à Aristote. As-tu déjà entendu parler de lui? C’était un philosophe et zoologiste grec qui a vécu il y a environ 2 400 ans. Aristote a mis les animaux ayant des attributs semblables dans de vastes groupes. Il a appelé ces groupes genera (la forme plurielle de genre). Puis, il a défini des espèces au sein de chaque genre.

Le savais-tu?

Aristote classait les animaux selon qu’ils avaient du sang rouge ou non. Cela correspond en gros aux catégories modernes des vertébrés et des invertébrés.

Classification des animaux d’Aristote
Classification des animaux d’Aristote (©2020 Parlons sciences).
Graphique - Version textuelle

Dans le système de classification d’Aristote, les animaux étaient d’abord classés en fonction de la couleur de leur sang. Les animaux à sang rouge comprenaient les animaux terrestres vivants, les animaux terrestres qui pondent des œufs, les baleines, les poissons et les oiseaux. Les animaux sans sang rouge comprenaient les insectes, les crustacés, les animaux à coquilles, les céphalopodes et les animaux ressemblant à des plantes.

 

Linnæus a également modifié la façon dont les scientifiques classent les organismes. Ces modifications étaient particulièrement importantes pour les plantes. Linnæus a continué à regrouper les plantes selon les attributs physiques qu’elles partagent. Toutefois, il a cessé de prendre en compte toute la plante. Il s’est plutôt concentré sur l’anatomie de son système reproducteur. Cela a simplifié la taxonomie botanique.

Linnæus a classé les plantes et les animaux en vastes règnes, qu’il a ensuite subdivisés en phylums, en classes, en ordres, en familles, en genres et en espèces. Cela te semble familier? Des générations de biologistes ont suivi ce système. Les scientifiques l’utilisent encore aujourd’hui.

Classification linnéenne d’un éléphant d’Asie
Classification linnéenne d’un éléphant d’Asie (Parlons sciences avec une image de blueringmedia par iStockphoto).

Quelles sont les limites du système taxonomique linnéen?

Le système linnéen n’est pas parfait.

Pour commencer, les spécimens endommagés ou incomplets posent problème. Parfois, les scientifiques n’ont qu’un tout petit morceau de la plante ou de l’animal. Ça signifie qu’ils ne peuvent pas l’identifier en se basant sur sa morphologie.

Certaines espèces passent par différentes étapes de développement. Leur apparence peut être très différente à chaque étape. Pense à une chenille qui se métamorphose. Le papillon adulte appartient à la même espèce (Danaus plexippus). Toutefois, sa morphologie est complètement différente.

Chenille du monarque et papillon monarque adulte
Chenille du monarque à gauche, et papillon monarque adulte à droite (Sources : Pseudopanax [domaine public] par Wikimedia Commons et Richiebits [domaine public] par Wikimedia Commons).

Enfin, les espèces cryptiques posent aussi problème. Ce sont des organismes qui se ressemblent beaucoup, mais qui sont en fait des espèces différentes. Les grenouilles léopards du Nord et du Sud sont de bons exemples d’espèces cryptiques.

Grenouille léopard du Nord et Grenouille léopard du Sud
Grenouille léopard du Nord (Rana pipiens) à gauche, et grenouille léopard du Sud (Rana sphenocephala) à droite (Sources : Douglas Wilhelm Harder [CC BY-SA 3.0] par Wikimedia Commons et USGS [domaine public] par Wikimedia Commons).

Ces problèmes rendent plus difficile l’identification des espèces à l’aide de la taxonomie linnéenne. Même les taxonomistes experts ont leurs limites. Il y a une limite au nombre d’espèces qu’une personne peut identifier!

La révolution taxonomique du code-barres génétique

Paul Hebert enseigne à l’Université de Guelph. En 2003, il a introduit le code-barres génétique. Cette technique est basée sur le séquençage de l’ADN.

Les codes-barres génétiques sont comme les codes universels des produits (CUP). Les CUP utilisent une série de barres noires pour créer des étiquettes uniques pour les produits de consommation. Le professeur Hebert a trouvé une façon de créer des étiquettes basées sur l’ADN d’un organisme. Chaque espèce à un code-barres différent. Ceux-ci reflètent les différences génétiques sur le plan moléculaire.

L’ADN est comme un livre de recettes pour les êtres vivants. Les recettes sont écrites avec des molécules d’adénine (A), de cytosine (C), de thymine (T) et de guanine (G). Ces bases se lient les unes aux autres pour créer des paires de bases. Ces paires forment des brins d’ADN. Et ces brins créent la fameuse structure en double hélice de l’ADN.

Structure de l’ADN
Structure d’ADN illustrant les parties des brins d’ADN (Parlons sciences, utilisation d’une image de ttsz par iStockphoto).

Dans certains gènes, la séquence d’ADN est la même pour tous les membres d’une même espèce. Mais elle diffère pour les membres d’espèces différentes. Ainsi, un code-barres génétique est simplement la séquence de molécules dans une portion spécifique d’ADN. Il identifie une espèce sur le plan moléculaire.

Le code-barres génétique améliore la taxonomie linnéenne. Il permet de surmonter certains pièges lorsqu’on essaie d’identifier une espèce selon sa morphologie. L’ADN est une molécule très robuste. On peut la prélever de spécimens endommagés, dégradés ou incomplets. Une espèce peut passer par différents stades de développement. Mais son code génétique ne change jamais. Et les espèces cryptiques auront toujours des différences dans leur ADN. Ces codes-barres seront différents malgré leurs grandes ressemblances!

Utilisation du code-barres génétique

En 2008, les scientifiques ont créé le consortium International Barcode of Life (iBOL). Il s’agit d’une alliance de recherche entre des groupes de 25 pays différents.

L’Université de Guelph n’est pas seulement le lieu de naissance du code-barres génétique. Elle héberge aussi le Biodiversity Institute of Ontario. Ce groupe développe des outils de codes-barres et analyse les spécimens. Il gère également une collection publique de codes-barres appelée le Barcode of Life Data System (BOLD). Jusqu’à présent, BOLD a recueilli les codes-barres génétiques de plus de 600 000 espèces désignées.

Les codes-barres génétiques ont de nombreuses applications.

Depuis 2016, des élèves de partout au Canada ont recueilli des échantillons de poissons dans les épiceries pour aider à identifier les fraudes alimentaires.

Les codes-barres génétiques soutiennent également les efforts de conservation. Par exemple, on s’en sert pour trouver des prédateurs du doryphore de la pomme de terre. Cet insecte détruit les cultures de pommes de terre, de tomates et de poivrons. Les scientifiques codent par codes-barres le contenu de l’estomac de différents insectes. Ils veulent voir lesquels mangent le plus de doryphores. Les insectes peuvent ensuite être utilisés pour lutter contre la population de doryphores.

Les codes-barres génétiques peuvent même aider à attraper les braconniers. Ils peuvent être utilisés pour analyser les restes d’un animal. Même un petit morceau de viande fera l’affaire. Les autorités vérifient si le code-barres génétique correspond à un animal protégé. Si c’est le cas, ils sauront que les restes proviennent d’un animal qui a été braconné.

La taxonomie linnéenne et les codes-barres génétiques sont tous deux importants. Ils sont plus qu’une simple collection d’échantillons pour les scientifiques. Ils nous permettent de mieux comprendre la diversité de la vie sur Terre.

De nombreux écosystèmes de la Terre sont menacés par le changement climatique, la pollution et le développement. Par conséquent, il est extrêmement important de savoir quelles créatures partagent la planète avec nous. Nous devons également comprendre comment ces espèces sont réparties et comment elles interagissent. La protection de la biodiversité serait une grande victoire pour la science. Linnæus en serait certainement fier!

En savoir plus

Codes-barres du vivant; identification des espèces (2005) Vidéo  ​​​​​​(11min 20s) documentaire de Radio-Canada sur le projet Barcode of Life.

Monarch Butterfly Metamorphosis Time-Lapse (2014) FrontYardVideo -- Vidéo (2 min 42 sec) en accéléré de la métamorphose subie par une chenille de monarque pour devenir un papillon.

Références

Chao, Z., Liao, J., Liang, Z., Huang, S., Zhang, L., & Li, J. (2014). Cytochrome C oxidase subunit I barcodes provide an efficient tool for Jinqian Baihua She (Bungarus parvus) authentication. Pharmacognosy Magazine, 10(40), 449-457. DOI: 10.4103/0973-1296.141816

Rettner, R. (2017, decembre 7). DNA: Definition, structure & discovery. Live Science.

Saint Louis University. (n.d.). Biological nomenclature.

University of California, Berkeley. (2000, juillet 7). Carl Linnaeus.

University of Chicago. (2017, aout 30). A new estimate of biodiversity on Earth.