Une nouvelle façon de cartographier l’histoire évolutive de la vie sur Terre

Dans un nouvel article publié dans Frontières de la bioinformatiqueles biologistes Dr Jack M Craig, Dr Blair Hedges et Dr Sudhir Kumar, tous de l’Université Temple, ont construit un arbre évolutif qui englobe 455 primates, toutes les espèces pour lesquelles des données génétiques sont disponibles. L’arbre, le plus complet de son genre, montre l’échelle temporelle de l’évolution de tout l’ordre des primates, y compris les singes, les singes, les lémuriens, les loris et les galagos.

Dans l’éditorial invité suivant, le Dr Craig décrit les étapes à suivre pour obtenir un arbre temporel presque complet pour les primates et explique la valeur de ces données :

L’ordre des Primates comprend non seulement nos plus proches parents sur Terre, les sept grands singes, mais également plus de 450 espèces de singes, lémuriens, loris et galagos. Les primates sont incroyablement diversifiés, des gorilles de 400 livres aux lémuriens souris (Microcebus) pesant seulement une once. Ils présentent certains des comportements les plus remarquables observés dans la nature ; les chimpanzés « pêchent » les termites dans des bûches creuses à l’aide de bâtons spécialement sélectionnés, tandis que les orangs-outans utilisent les feuilles comme gants pour manipuler les fruits du durian hérissés.

Ils font partie des espèces les plus étudiées sur Terre, et pourtant il n’existe aucune hypothèse phylogénétique moléculaire complète sur l’histoire évolutive des primates qui résume le modèle et le calendrier de toutes les relations entre les primates.

Un tel arbre phylogénétique utiliserait les données de séquence moléculaire pour nous indiquer à la fois quand chaque espèce ou groupe d’espèces est apparu pour la première fois et quels autres groupes de l’arbre sont leurs plus proches parents. Le plus grand arbre phylogénétique moléculaire chronométré de la vie, appelé « arbre temporel », comprend à ce jour un peu plus de 200 espèces de primates, tandis que le plus grand arbre temporel synthétique, issu de plus de 4 000 études publiées, en comprend à peine le double, laissant environ un cinquième des espèces de primates. arbre de vie non résolu.

Pourquoi nous avons besoin d’arbres évolutifs complets

La valeur des arbres évolutifs chronométrés contenant toutes les espèces d’une lignée donnée ne peut être sous-estimée. Bien que ces arbres soient intrinsèquement fascinants, car ils reflètent l’histoire évolutive qui nous a donné notre biodiversité actuelle, ils constituent également une base essentielle pour de nombreux types de travaux futurs.

Par exemple, les efforts taxonomiques et systématiques visant à cataloguer les espèces s’appuient sur elles pour identifier de nouvelles lignées. Les études sur le taux d’évolution et ses corrélats possibles comme les changements climatiques et géologiques sont fondamentalement liées à leurs phylogénies sous-jacentes.

Des domaines comme la biogéographie, la phylogéographie et l’écologie historique, qui utilisent les arbres temporels pour étudier les modèles spatiaux ou écologiques, seraient impossibles sans une phylogénie. Et, alors que nous voyons la biodiversité mondiale disparaître au milieu d’événements d’extinction en cours, les phylogénies sont des outils essentiels pour identifier les priorités de conservation et évaluer les impacts de nos efforts pour préserver les espèces.

Quelle est la fréquence des phylogénies complètes ?

Les phylogénies moléculaires complètes étant des outils précieux, il peut être surprenant d’apprendre qu’elles ont tendance à être rares. La base de données taxonomiques NCBI comprend actuellement des séquences moléculaires pour près de 500 000 espèces, tandis que L’arbre temporel de la viela plus grande base de données de phylogénies chronométrées publiées, comprend environ 150 000 espèces.

En explorant la collection d’études incluses dans la base de données, nous avons découvert que la plupart des phylogénies ont tendance à être petites, englobant seulement 25 espèces en moyenne. Ces arbres sont le fruit des efforts de personnes dédiées à l’étude de groupes d’organismes étroitement liés, comme des genres ou des familles, qui donnent la priorité à la résolution dans leur système d’étude à une échelle plus large. Ainsi, le besoin d’un arbre de vie complet ne sera satisfait que si nous parvenons à trouver un moyen de rassembler ces efforts.

Une nouvelle voie à suivre

Bien que les grands arbres entièrement synchronisés avec des données de séquence moléculaire pour toutes les espèces soient rares, nous avons constaté que les matériaux pour les construire sont courants. D’une part, les phylogénies non chronométrées sont largement plus nombreuses que les phylogénies chronométrées dans la littérature, même parmi les articles publiés au cours des dix dernières années. Avec seulement un ou quelques étalonnages, ils peuvent devenir des composants précieux de l’arbre temporel global de la vie.

Même si de nombreuses espèces n’ont jamais été incorporées dans une phylogénie moléculaire, des données moléculaires correspondantes sont souvent déposées dans des référentiels tels que NCBI GenBank, où les informations sur les séquences d’ADN sont librement accessibles aux chercheurs. Ces deux sources de données représentent une fantastique opportunité de construire des arbres temporels complets.

Au cours de plusieurs publications, nous avons développé une approche de construction de super-arbres impliquant l’assemblage de toutes les phylogénies publiées et chronométrées, y compris les espèces d’intérêt ; une recherche d’arbres non chronométrés, y compris toutes les espèces restantes, suivie d’une nouvelle chronologie à l’aide d’étalonnages secondaires consensuels dans la littérature ; et enfin, l’assemblage d’alignements de novo et finalement de phylogénies chronométrées basées sur des données accessibles au public.

Dans notre effort le plus récent, cette recherche a découvert suffisamment de données pour construire un nouveau super-arbre synthétique de 455 primates, soit 98 % de tous ceux présents dans la taxonomie NCBI, et 55 de plus que ceux déjà présents dans TimeTree. Notre nouvel arbre temporel représente à ce jour la description la plus complète des relations évolutives entre les primates.

Compléter l’arbre temporel de la vie

Cet effort a démontré que même si l’histoire évolutive de certaines des espèces les plus charismatiques de la Terre reste incomplètement comprise, nous disposons des outils nécessaires pour combler une grande partie de ce manque de connaissances. Nous envisageons notre protocole de recherche comme un outil accessible et, en fin de compte, extrêmement précieux dans nos efforts pour comprendre l’évolution. Les arbres temporels complets constituent une ressource fondamentale dans de nombreux domaines, et nous avons découvert qu’ils peuvent souvent être construits à partir de données existantes.

De plus, de tels arbres temporels complets nous permettent de tester des hypothèses que nous ne pourrions pas tester autrement. Par exemple, dans la présente étude, nous avons testé si le nombre d’espèces dans différents clades de primates pouvait mieux être expliqué par des taux de spéciation uniques, certaines lignées de primates générant de nouvelles espèces beaucoup plus rapidement que d’autres, ou si la meilleure explication était simplement le temps, avec toutes les lignées créent de nouvelles espèces à peu près au même rythme, et les lignées plus anciennes accumulent plus d’espèces au fil du temps.

Nous avons constaté que les principaux groupes de primates partageaient en fait tous des taux de spéciation relativement similaires et que leur âge était donc un meilleur indicateur de leur richesse spécifique. Cette analyse serait assez problématique s’il nous manquait de nombreuses espèces ou dates dans notre arbre temporel, elle constitue donc un exemple parfait de l’utilité d’arbres temporels grands et complets.