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En direct des laboratoires

 

22 septembre 2011

Réconcilier les techniques phylogénétiques modernes avec les données fossiles

 

Les modèles mathématiques permettant de reconstruire la biodiversité passée sont souvent en contradiction avec les données fossiles récoltées par les paléontologues sur le terrain. Ces modèles ont notamment du mal à restituer les périodes d'extinctions et de perte de biodiversité.  A paraître dans les Proceedings de l'Académie des sciences américaine (PNAS), une étude franco-américaine menée par une chercheuse du Centre de mathématiques appliquées (UMR 7641, CNRS/Ecole polytechnique) explique et corrige ces incohérences.

 

Afin de comprendre la biodiversité actuelle et les mécanismes qui la régulent, il est nécessaire de savoir comment celle-ci a varié sur des échelles de temps géologiques. Ainsi, les paléobiologistes collectent et analysent des fossiles qui leur permettent d’estimer des courbes de diversité retraçant l’évolution du nombre d’espèces au fil du temps. Cependant, de nombreux groupes d’espèces (insectes terrestres, oiseaux, plantes, etc.) n’ont pas de fossiles ou très peu. Des méthodes ont donc été développées pour estimer, à partir de données actuelles, leur diversité passée. Ainsi, en utilisant l’ADN d’espèces contemporaines, on peut reconstruire l’arbre phylogénétique décrivant les relations évolutives entre espèces. On utilise ensuite des modèles mathématiques qui permettent, en se basant sur ces données, d’estimer les taux de spéciation et d’extinction de ces groupes.

 

Très répandues dans la communauté des scientifiques de l'évolution, ces approches dites d’inférence phylogénétique sont en plein essor. Cependant, des études récentes ont mis en évidence des incohérences : en particulier, les taux d’extinction estimés sont trop bas pour être réalistes et on ne détecte jamais de périodes de perte de la diversité, alors que l’on sait, d’après les données fossiles, que ces périodes existent et sont même fréquentes. Cette incohérence est flagrante dans le cas des cétacés pour lesquels on dispose de bonnes données tant phylogénétiques que fossiles.

 

L'article des PNAS montre que ces incohérences apparaissent si le modèle considère un groupe d'espèces en bloc, sans tenir compte de l'hétérogénéité des taux de diversification entre les différentes branches. Dans ce cas, les branches s'étant récemment et rapidement diversifiées masquent le signal des extinctions dans l'arbre généalogique global. Les auteurs de l'étude ont donc corrigé ce défaut avec un modèle mathématique qui permet de prendre en compte les périodes de diminution de la diversité ainsi que l’hétérogénéité des taux de diversification entre groupes d'espèces. Ils ont ensuite testé ce modèle avec les cétacés et obtenu des courbes de diversité qui sont en parfait accord avec les données fossiles. En particulier, leurs résultats suggèrent que la plupart des cétacés actuels résultent de quatre radiations récentes, les quelques espèces restantes étant les rares survivantes des branches en déclin depuis environ 10 millions d’années.

 

Squelette de baleine des îles Galapagos

Squelette de baleine des îles Galapagos. Les fossiles suggèrent qu'il y avait environ 150 espèces de cétacés (baleines, dauphins et marsouins) il y a environ 10 millions d'années, alors qu'il n'en reste que 89 aujourd'hui. L'étude a analysé la phylogénie des cétacés actuels pour inférer leur diversité passée et a confirmé la perte de diversité suggéré par les données fossiles © Mike Weston.

 

 

Référence
Reconciling molecular phylogenies with the fossil record, Proceedings of the National Academy of Sciences, Hélène Morlon, Todd L. Parsons & Joshua B. Plotkin.

 

Contact chercheur
Hélène Morlon, Centre de mathématiques appliquées (UMR7641, CNRS/Ecole polytechnique), Route de Saclay, 91128 Palaiseau Cedex. Tél. : 01-69-33-45-88. Email : helene.morlon@polytechnique.edu

 

Contact communication
Shirley Jean-Charles, Chargée de Communication, Tél. : 01 45 07 5473, shirley.jean-charles@dr5.cnrs.fr

 

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