image: Yule tree. view more
Credit: Mariolys Rivas
Montréal, le 14 décembre 2016 - À cette période de l'année, le mot « arbre » peut évoquer l'image d'un sapin de Noël richement décoré. Mais pour Lea Popovic, professeure agrégée de mathématiques et de statistique à la Faculté des arts et des sciences de l'Université Concordia, il s'agit plutôt d'un moyen sophistiqué de décrire l'évolution.
Dans une nouvelle étude parue dans Mathematical Biology, la Pre Popovic et Mariolys Rivas, qui a obtenu un doctorat à Concordia en 2014, montrent en effet comment la distribution actuelle des caractéristiques physiques des espèces permet d'expliquer le déroulement du processus évolutionnaire au fil du temps.
Les chercheuses ont eu recours à un graphique en forme d'arbre appelé « arbre de Yule », initialement élaboré en 1924 par G.U. Yule afin de tracer l'histoire généalogique.
Visualiser l'évolution des espèces
« Toute l'histoire du processus évolutionnaire d'une espèce donnée peut être parfaitement décrite à l'aide d'un arbre de Yule », affirme Lea Popovic.
« Nous avons élargi le modèle de Yule afin de pouvoir suivre les processus qui dépendent de phénotypes particuliers. »
Depuis des décennies, la reconstruction du processus évolutionnaire pose un défi considérable aux scientifiques, car quantité de facteurs demeurent inconnus. Or, ces questions se font d'autant plus pressantes que les changements accrus à l'échelle planétaire entraînent un nombre grandissant d'extinctions.
« L'évolution des traits visibles des espèces - leurs phénotypes - est responsable de la diversité de tous les organismes vivants et de leur capacité à s'adapter à de nouveaux environnements », explique la Pre Popovic.
« De récents travaux ont montré comment les variations de phénotypes peuvent influer sur le rythme auquel les espèces évoluent ou s'éteignent. Les modèles mathématiques se révèlent fort utiles pour nous aider à comprendre les différents éléments de ce processus. Mais la possibilité que la diversification dépende des caractéristiques implique que les méthodes normales ne conviennent pas pour mesurer la vitesse de l'évolution. »
Lea Popovic et Mariolys Rivas ont par conséquent utilisé les mathématiques pour déterminer le rythme auquel les espèces apparaissent ou s'éteignent. Elles ont ainsi conçu un nouveau modèle mathématique qui décrit l'évolution comme un processus selon lequel la durée de vie des espèces jusqu'à leur extinction - ou jusqu'à l'apparition d'autres espèces - dépend de leur phénotype. Leur modèle tient en outre compte de la possibilité que le phénotype des nouvelles espèces change.
L'arbre de Yule
L'arbre de Yule est un graphique dont chaque point de ramification comporte une branche entrante et deux branches sortantes. Les branches représentent les périodes entre chaque évolution d'une nouvelle espèce. Si une branche mène à un point de ramification, cela signifie qu'une nouvelle espèce a évolué. Si la branche mène à une feuille, cela correspond à une extinction. Les feuilles indiquent les espèces qui existent aujourd'hui.
Le graphique comprend également des « cerises », qui désignent deux espèces actuelles qui sont les plus proches qui soient sur le plan de l'évolution, et des « pendentifs », qui symbolisent le lien évolutionnaire avec une autre espèce légèrement plus éloignée.
Le nombre de cerises et de pendentifs de différents types aide à déterminer le degré de dépendance par rapport au phénotype des espèces en voie d'apparition ou d'extinction.
###
Liens connexes
Topology and inference for Yule trees with multiple states (étude citée) : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27009067
Département de mathématiques et de statistique : http://www.concordia.ca/artsci/math-stats.html
Lea Popovic : http://www.concordia.ca/artsci/math-stats/faculty.html?fpid=lea-popovic
Mariolys Rivas : http://www.genealogy.ams.org/id.php?id=186265
Source
Cléa Desjardins
Conseillère principale en relations médias
Service des communications
Université Concordia
Téléphone : 514 848-2424, poste 5068
Courriel : clea.desjardins@concordia.ca
Web : http://www.concordia.ca/now/media-relations
Twitter : @CleaDesjardins
Journal
Journal of Mathematical Biology