Les arbres phylogénétiques

Chercher une parenté revient à chercher, pour un groupe donné, le groupe avec lequel il partage un caractère exclusif, c'est-à-dire qu'il ne partage avec aucun autre groupe. Finalement, c'est le partage de caractères dérivés qui traduit la notion de parenté, et non la ressemblance.
On construit des arbres qui traduisent ces liens de parentés : les points de rencontre entre une branche mère et 2 branches filles (= nœuds) montrent le partage de caractères dérivés exclusifs. L'arbre indique donc « qui partage quoi avec qui » et « qui est le plus proche parent de qui ».
Le groupe avec lequel on partage un ou plusieurs caractères dérivés exclusifs est le groupe frère.

L'établissement de relations de parenté entre les vertébrés actuels s'effectue par comparaison de caractères homologues (embryonnaires, morphologiques, anatomiques et moléculaires), et les comparaisons macroscopiques prennent en compte l'état ancestral et l'état dérivé des caractères. Seul le partage d'états dérivés traduit et témoigne une certaine parenté.

Les ancêtres communs représentés sur les arbres phylogénétiques sont hypothétiques, définis par l'ensemble des caractères dérivés partagés par des espèces qui leur sont postérieures. Ils ne correspondent pas à des espèces fossiles précises. Une espèce fossile ne peut pas être considérée comme la forme ancestrale à partir de laquelle se sont différenciées les espèces postérieures.
Par exemple, le groupe frère des mammifères est le groupe tortues-lézards-serpents- crocodiles-oiseaux : ces 2 groupes ont en commun la présence d'un amnios. De proche en proche, on obtient des arborescences qui traduisent les liens de parenté.

Il s'agit en fait d'un graphe composé de nœuds et de branches : les nœuds correspondent à d'hypothétiques ancêtres, et les branches définissent les parentés entre ancêtres et descendants.

La longueur de la branche traduit le nombre de changements évolutifs survenus entre l'ancêtre et sa descendance.

La présence d'un nœud avec séparation d'une branche mère en deux branches filles correspond à l'apparition d'un nouveau caractère qui était absent auparavant et qui sera commun à tous les groupes « en aval » de ce nœud.

Les arbres peuvent être construits par exemple à partir de comparaisons de molécules homologues et de l'exploitation du pourcentage de différences entre les molécules, les espèces les plus proches étant celles qui ont le taux de différence le plus faible.