Obtenir un arbre

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Auteur : Frédéric Legendre (Maître de Conférences, MNHN)

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Nous proposons une comparaison entre les méthodes utilisées par les scientifiques du Muséum au laboratoire et les méthodes pouvant être utilisées en classe.

AU LABO :
l'ordinateur donne l'arbre le plus parcimonieux
EN CLASSE :
l'élève déduit l'arbre le plus parcimonieux

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AU LABO : l’ordinateur donne l’arbre le plus parcimonieux

Il existe aujourd’hui deux grands types de méthodes de reconstruction phylogénétique :
- le principe de parcimonie (qui correspond à une analyse cladistique) : il repose sur le principe d’économie d’hypothèses.
- les analyses probabilistes
(maximum de vraisemblance et analyse bayésienne) : elles ont recours à des modèles d’évolution explicites plus ou moins complexes. Un modèle d’évolution est sélectionné et ses paramètres sont estimés au cours de la recherche de l’arbre optimal. Ces paramètres peuvent être par exemple les taux de substitutions entre types de bases azotées ou la proportion de sites nucléotidiques invariants (= pour lesquels il n’y a, a priori, pas eu de mutation pour les espèces étudiées).

Pour cette étude, le principe de parcimonie a été utilisé.

Quelle que soit la méthode de reconstruction choisie, le nombre de topologies (ou arbres) différentes existantes augmente très rapidement avec le nombre de taxons analysés.
Au-delà d’une dizaine de taxons (ce qui est systématiquement le cas de nos jours), une analyse exhaustive de toutes les topologies devient impossible.
En effet, pour t taxons donnés, il existe : (2t-3)! / [2t-2 x (t-2)!] arbres différents.
Dans notre cas où t est égal à 54, cela signifie qu’il existe environ 3x1074arbres différents !

Dès lors, les chercheurs ont recours à des stratégies d’analyse qui combinent différents algorithmes permettant de maximiser les chances d’atteindre le ou les arbres optimaux.
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arbre
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Arbre phylogénétique le plus parcimonieux obtenu à partir des sept marqueurs moléculaires.
La stabilité des résultats phylogénétiques est représentée sous forme de diagramme à chaque nœud interne de la topologie : plus le diagramme est foncé, plus les résultats sont stables face à la variation des paramètres d’analyse.

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Précisons qu’un arbre phylogénétique reste une hypothèse de relations de parenté et en aucun cas une démonstration ou une preuve de ces relations. Il est intéressant de savoir à quel point on peut avoir confiance dans cette hypothèse. C’est dans cette optique que des valeurs de soutien ou robustesse des clades ont été définies. Ces valeurs apportent une indication sur la quantité d’information soutenant les différents clades mais ne sont pas garantes de la « vérité » sur les relations de parenté.

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Étape suivante : Répondre à la problématique AU LABO flèche

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EN CLASSE : l’élève déduit l’arbre le plus parcimonieux.

Certains caractères (3 et 4) montrent les états dérivés communs à l’homme et à la chauve-souris, et le caractère 5 montre un état dérivé commun à la chauve-souris et au pigeon.

Comment procéder pour déterminer l’arbre le plus parcimonieux ?

Il faut respecter 2 règles :
- placer dans chacun des arbres possibles les transformations des caractères
- respecter le principe d’économie d’hypothèses (= parcimonie)

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Arbres phylogénétiques potentiels faisant apparaître les innovations évolutives (passage d’un état de caractère à un autre).
Pour revoir le signification des états de caractère cliquez ICI
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Exemple : placement du caractère 3
Passage d’une mandibule à plusieurs os (état « 0 ») à une mandibule constituée d’un seul os dentaire (état « 1 »). On pourrait vouloir faire apparaître la mandibule constituée du seul os dentaire une fois sur la branche menant à l’homme, et une autre fois sur la branche propre à la chauve-souris. Mais selon le principe (intuitif) d’économie d’hypothèses, on place plus simplement cet événement au segment de branche commun à l’homme et à la chauve-souris, réalisant ainsi 1 seule transformation au lieu de 2.

Placement de tous les caractères :
On observe que pour certains caractères il n’est pas possible de faire moins de 2 transformations. Dans l’arbre A, nous sommes forcés de faire apparaître les ailes 2 fois, car il n’y a pas de branche menant exclusivement au couple {chauve-souris/pigeon}. Il faut répéter cet exercice sur chacun des trois arbres possibles, de telle manière qu’à la fin de l’exercice, tous les caractères ont été interprétés en termes de transformations évolutives dans chacun des arbres possibles.

Quel arbre choisir ? Appliquer le principe de parcimonie
Le principe d’économie d’hypothèses, utilisé dans toutes les sciences, va conduire à retenir l’arbre A, parce qu’il est moins onéreux en hypothèses de transformations : 7 contre 8 hypothèses pour B et 9 hypothèses pour C.

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Last modified: Sunday, 20 May 2018, 2:08 PM