Responsable : Amaury Lambert

Recherche

1Dirigée par Amaury Lambert (prof. UPMC), l’équipe SMILE regroupe des mathématiciens, des biologistes et des bio-informaticiens (voir http://www.lpma-paris.fr/​smile/​). Un des principaux objectifs du groupe SMILE est de comprendre et d’inférer les processus macro-évolutifs, en utilisant trois approches complémentaires :

1) une approche espèce-centrée utilisée directement pour l’inférence des processus de diversification à partir des phylogénies d’espèces ;

2) une approche individu-centrée pour une génétique des populations hors d’équilibre mettant en particulier en jeu les interactions écologiques au cours du processus de spéciation ;

3) des études mathématiques reliant les deux approches par le biais de théorèmes limites (séparation des échelles de temps, principes d’invariance, réduction de la dimension).

2Nous ne décrivons ici que les travaux de l’équipe sur cette ligne de recherche. Pour les autres travaux, voir la liste de publications.

3En ce qui concerne l’approche (1), nous avons récemment proposé une nouvelle méthode basée sur certaines propriétés fines des processus de branchement pour inférer la façon dont les taux d’extinction des espèces dépendent de leur âge. L’application de cette méthode à la phylogénie des oiseaux récemment publiée (Jetz et al., Nature, 2013) montre que le risque instantané d’extinction augmente très nettement avec l’âge de l’espèce (Alexander et al., Systematic Biology 2015). Nous avons obtenu des résultats mathématiques sur l’analyse des modèles de spéciation dite « protractée » (Lambert et al., Journal of Mathematical Biology, 2015), où les espèces sont explicitement constituées de plusieurs populations séparées dont les compositions génétiques divergent graduellement les unes des autres, jusqu’à l’obtention d’une nouvelle espèce. Grâce à ces résultats, nous avons pu élaborer une méthode capable d’estimer la durée de la spéciation à partir de phylogénies, que nous avons appliquée à 26 clades d’oiseaux. Selon nos estimations, la durée de la spéciation chez les oiseaux varie de 10 000 ans à 10 millions d’années (Étienne et al., Evolution, 2014).

4Nous avons utilisé l’approche décrite dans (2) pour proposer une version individu-centrée du modèle de spéciation protractée, où les nouvelles espèces émergent ici aussi par mutation. Lorsque les populations sont en croissance libre, la forme des arbres phylogénétiques prédite à l’échelle macroscopique par ce modèle montre une adéquation étonnamment bonne avec les phylogénies empiriques. Ce travail vient en soutien de l’idée que la biodiversité est hors d’équilibre (Manceau et al., Ecology Letters, 2015).

5En 2013-14, nous avions montré par des simulations numériques que des modèles individu-centrés prenant en compte de manière détaillée l’évolution de la base génétique de traits écologiques adaptatifs et de traits responsables de l’homogamie peuvent produire une radiation adaptative dans un paysage géographique suffisamment dynamique. Nous avons utilisé ces modèles de radiation adaptative pour analyser les patrons phylogénétiques générés par ces scénarios, et nos résultats suggèrent qu’à chaque étape du processus de diversification à laquelle on observe la phylogénie peut être associé un certain type de patron (Gascuel et al., Systematic Biology, 2015).

6Un autre exemple de l’approche décrite dans (2) est l’arbre de coalescence on-off, où les lignées peuvent être « on » (les paires de lignées « on » coalescent à taux constant) ou « off » (coalescence interdite), obtenu comme la limite des coalescents observés dans une métapopulation dynamique composée d’une population mère de taille N et d’une multitude de colonies de taille aN, qui, de manière répétée, se fragmentent et fusionnent aléatoirement avec la population mère, lorsque a est petit mais aN est grand : les lignées situées dans la population mère sont « on » et les autres sont « off » (Lambert & Ma, Journal of Applied Probability, 2015).

7Nous avons également prouvé une invariance par renversement du temps de certaines forêts aléatoires (Davila Felipe & Lambert, ALEA, 2015) qui donne une caractérisation élégante de la loi jointe du coalescent et du processus des tailles de population.

8Enfin, dans une collaboration avec des malacologues (spécialistes des mollusques) du Museum national d’histoire naturelle, nous avons élaboré une nouvelle méthode statistique pour quantifier le risque d’extinction des espèces contemporaines dont les dates d’observation sont connues. Appliquée à 200 espèces de mollusques terrestres sélectionnées au hasard, la méthode a donné lieu à une quantification précise et extrêmement préoccupante du pourcentage d’espèces éteintes dans cet échantillon, de l’ordre de 10 % (Régnier et al., PNAS, 2015).

Publications

9Berdahl A., Torney C.J., Schertzer E. et Levin S.A., « On the evolutionary interplay between dispersal and local adaptation in heterogeneous environments », Evolution, 69(6), juin 2015, 1390-1405, DOI : 10.1111/evo.12664.

Blanquart F., Achaz G., Bataillon T. et Tenaillon O., « Properties of selected mutations and genotypic landscapes under Fisher’s Geometric Model », Evolution; international journal of organic evolution, 68(12), décembre 2014, 3537-3554, DOI : 10.1111/evo.12545.

Condamine F.L., Nagalingum N.S., Marshall C.R. et Morlon H., « Origin and diversification of living cycads: a cautionary tale on the impact of the branching process prior in Bayesian molecular dating », BMC evolutionary biology, 15(1), avril 2015, 65, DOI : 10.1186/s12862-015-0347-8.

Davila Felipe M. et Lambert A., « Time Reversal Dualities for some Random Forests », ALEA Latin American Journal of Probability and Mathematical Statistics, 12(1), 2015, 399-426, http://alea.impa.br/​articles/​v12/​12-16.pdf.

Débarre F., Nuismer S.L. et Doebeli M., « Multidimensional (co)evolutionary stability », The American Naturalist, 184(2), août 2014, 158-171, DOI : 10.1086/677137.

Débarre F., « Fitness costs in spatially structured environments », Evolution, 69(5), mai 2015,1329-1335, DOI : 10.1111/evo.12646.

Gascuel F., Ferrière R., Aguilée R. et Lambert A., « How Ecology and Landscape Dynamics Shape Phylogenetic Trees », Systematic Biology, 64(4), juillet 2015, 590-607, DOI : 10.1093/sysbio/syv014.

Lambert A. et Ma C., « The Coalescent in Peripatric Metapopulations », Journal of Applied Probability, 52(2), juin 2015, 538-557.

Lambert A., Morlon H. et Etienne R.S., « The reconstructed tree in the lineage-based model of protracted speciation », Journal of Mathematical Biology, 70(1-2), janvier 2015 [Epub: 2014], 367-397, DOI : 10.1007/s00285-014-0767-x.

Lambert A. et Simatos F., « Asymptotic Behavior of Local Times of Compound Poisson Processes with Drift in the Infinite Variance Case », Journal of Theoretical Probability, 28(1), mars 2015, 41-91, DOI : 10.1007/s10959-013-0492-1.

Manceau M., Lambert A. et Morlon H., « Phylogenies support out-of-equilibrium models of biodiversity », Ecology Letters, 18(4), avril 2015, 347-356, DOI : 10.1111/ele.12415.

Martin G. et Lambert A., « A simple, semi-deterministic approximation to the distribution of selective sweeps in large populations », Theoretical Population Biology, 101, mai 2015, 40-46, DOI : 10.1016/j.tpb.2015.01.004.

Massol F. et Débarre F., « Evolution of dispersal in spatially and temporally variable environments: The importance of life cycles », Evolution; International Journal of Organic Evolution, 69(7), juillet 2015, 1925-1937, DOI : 10.1111/evo.12699.

Morlon H., Kefi S. et Martinez N.D., « Effects of trophic similarity on community composition », Ecology Letters, 17(12), décembre 2014, 1495-1506, DOI : 10.1111/ele.12356.

Morlon H., O’Connor T.K., Bryant J.A., Charkoudian L.K., Docherty K.M., Jones E., Kembel S.W., Green J.L. et Bohannan B.J.M., « The Biogeography of Putative Microbial Antibiotic Production », PloS One, 10(6), 2015, e0130659, DOI : 10.1371/journal.pone.0130659.

Newman C.M., Ravishankar K. et Schertzer E., « Brownian net with killing », Stochastic Processes and their Applications, 125(3), mars 2015, 1148-1194, DOI : 10.1016/j.spa.2014.09.018.

Regnier C., Achaz G., Lambert A., Cowie R.H., Bouchet P. et Fontaine B., « Mass extinction in poorly known taxa », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(25), 23 juin 2015, 7761-7766, DOI : 10.1073/pnas.1502350112.

Reyes E., Morlon H. et Sauquet H., « Presence in Mediterranean hotspots and floral symmetry affect speciation and extinction rates in Proteaceae », New Phytologist, 207(2), juillet 2015, 401-410, DOI : 10.1111/nph.13244.

Rolland J., Condamine F.L., Beeravolu C.R., Jiguet F. et Morlon H., « Dispersal is a major driver of the latitudinal diversity gradient of Carnivora », Global Ecology and Biogeography, 24(9), septembre 2015, 1059-1071, DOI : 10.1111/geb.12354.

Suez M., Behdenna A., Brouillet S., Graça P., Higuet D. et Achaz G., « MicNeSs: genotyping microsatellite loci from a collection of (NGS) reads », Molecular Ecology Resources, 16(2), mars 2016, 524-533, DOI : 10.1111/1755-0998.12467 [en ligne : octobre 2015].

Colloques, conférences

10Conjointement avec deux autres équipes du CIRB (celles du prof. Alain Prochiantz et de Jonathan Touboul), ainsi qu’avec le concours du prof. Gérard Berry, l’équipe SMILE a organisé le 28 octobre 2014 au Collège de France la deuxième journée « Biologie & mathématiques sur la Montagne » (voir : http://www.lpma-paris.fr/​smile/​events.php?id=23).

Le « SMILE seminar » qui se tient à peu près chaque mardi à 10 h depuis la fin 2011 a accueilli cette année 25 intervenants de très haut niveau travaillant à l’interface des mathématiques et de la biologie évolutive.

Enfin, du 8 au 10 juillet 2015, l’équipe SMILE a organisé au Collège de France la 5^e édition de la conférence européenne biannuelle MMEE (Mathematical models in ecology and evolution), la plus grande à ce jour avec ses 250 participants (http://www.biologie.ens.fr/​mmee2015/​).