Detecting patterns of species diversification in the presence of both rate shifts and mass extinctions.

BACKGROUND: Recent methodological advances allow better examination of speciation and extinction processes and patterns. A major open question is the origin of large discrepancies in species number between groups of the same age. Existing frameworks to model this diversity either focus on changes between lineages, neglecting global effects such as mass extinctions, or focus on changes over time which would affect all lineages. Yet it seems probable that both lineages differences and mass extinctions affect the same groups. RESULTS: Here we used simulations to test the performance of two widely used methods under complex scenarios of diversification. We report good performances, although with a tendency to over-predict events with increasing complexity of the scenario. CONCLUSION: Overall, we find that lineage shifts are better detected than mass extinctions. This work has significance to assess the methods currently used to estimate changes in diversification using phylogenetic trees. Our results also point toward the need to develop new models of diversification to expand our capabilities to analyse realistic and complex evolutionary scenarios.

Heterotachy and long-branch attraction in phylogenetics

Affiliation: Département de Biochimie, Faculté de médecine, Université de Montréal

Overview of the First Phylogenomics Conference

Affiliation: H. Philippe: Département de Biochimie, Université de Montréal

SCaFoS: a tool for Selection, Concatenation and Fusion of Sequences for phylogenomics

Affiliation: Département de Biochimie, Université de Montréal

Suppression of long-branch attraction artefacts in the animal phylogeny using a site-heterogeneous model

Affiliation: Département de Biochimie, Université de Montréal

The Power and Promise of Developmental Systems Theory

I argue that it is time for many feminists to rethink their attitudes towards evolutionary biology, not because feminists have been wrong to be deeply sceptical about many of its claims, both explicit and implicit, but because biology itself has changed. A new appreciation for the importance of development in biology has become mainstream and a new ontology, associated with developmental systems theory (DST), has been introduced over the last two decades. This turn challenges some of the features of evolutionary biology that have most troubled feminists. DST undermines the idea of biologicales sence and challenges both nature /nurture and nature/culture distinctions. Freed from these conceptual constraints, evolutionary biology no longer poses the problems that have justified feminist scepticism. Indeed, feminists have already found useful applications for DST and I argue that they should expand their use of DST to support more radical and wide-ranging political theories.

Clustering algorithms and shape factor methods to discriminate among small GTPase phenotypes using DIC image analysis.

Naïvement perçu, le processus d’évolution est une succession d’événements de duplication et de mutations graduelles dans le génome qui mènent à des changements dans les fonctions et les interactions du protéome. La famille des hydrolases de guanosine triphosphate (GTPases) similaire à Ras constitue un bon modèle de travail afin de comprendre ce phénomène fondamental, car cette famille de protéines contient un nombre limité d’éléments qui diffèrent en fonctionnalité et en interactions. Globalement, nous désirons comprendre comment les mutations singulières au niveau des GTPases affectent la morphologie des cellules ainsi que leur degré d’impact sur les populations asynchrones. Mon travail de maîtrise vise à classifier de manière significative différents phénotypes de la levure Saccaromyces cerevisiae via l’analyse de plusieurs critères morphologiques de souches exprimant des GTPases mutées et natives. Notre approche à base de microscopie et d’analyses bioinformatique des images DIC (microscopie d’interférence différentielle de contraste) permet de distinguer les phénotypes propres aux cellules natives et aux mutants. L’emploi de cette méthode a permis une détection automatisée et une caractérisation des phénotypes mutants associés à la sur-expression de GTPases constitutivement actives. Les mutants de GTPases constitutivement actifs Cdc42 Q61L, Rho5 Q91H, Ras1 Q68L et Rsr1 G12V ont été analysés avec succès. En effet, l’implémentation de différents algorithmes de partitionnement, permet d’analyser des données qui combinent les mesures morphologiques de population native et mutantes. Nos résultats démontrent que l’algorithme Fuzzy C-Means performe un partitionnement efficace des cellules natives ou mutantes, où les différents types de cellules sont classifiés en fonction de plusieurs facteurs de formes cellulaires obtenus à partir des images DIC. Cette analyse démontre que les mutations Cdc42 Q61L, Rho5 Q91H, Ras1 Q68L et Rsr1 G12V induisent respectivement des phénotypes amorphe, allongé, rond et large qui sont représentés par des vecteurs de facteurs de forme distincts. Ces distinctions sont observées avec différentes proportions (morphologie mutante / morphologie native) dans les populations de mutants. Le développement de nouvelles méthodes automatisées d’analyse morphologique des cellules natives et mutantes s’avère extrêmement utile pour l’étude de la famille des GTPases ainsi que des résidus spécifiques qui dictent leurs fonctions et réseau d’interaction. Nous pouvons maintenant envisager de produire des mutants de GTPases qui inversent leur fonction en ciblant des résidus divergents. La substitution fonctionnelle est ensuite détectée au niveau morphologique grâce à notre nouvelle stratégie quantitative. Ce type d’analyse peut également être transposé à d’autres familles de protéines et contribuer de manière significative au domaine de la biologie évolutive.

L’analogie de l’hérédité culturelle : fondements conceptuels de la théorie de la double hérédité

Selon la théorie de la double hérédité, les processus de transmission sociale des connaissances permettraient aux cultures humaines d'évoluer de manière darwinienne. On parvient à cette conclusion en inférant que, étant donné qu'une analogie profonde peut être établie entre les mécanismes de transmission génétique et ceux de transmission sociale, on devrait non seulement concevoir que les processus cognitifs d'apprentissage social constituent bel et bien un système d'hérédité distinct du système d'hérédité génétique, mais qu’il est aussi légitime, sur la base de cette même analogie, de transférer les concepts explicatifs et outils formels issus de la biologie évolutionnaire et de les adapter à l'étude des cultures humaines en vue de constituer une théorie darwinienne de l'évolution culturelle. Cette analogie de l’hérédité culturelle fait depuis longtemps l'objet de controverses tant au sein de la littérature scientifique que dans les discussions philosophiques. On ne semble pas s'entendre sur la nature même de cette analogie ni non plus sur la force de justification épistémique qu'une telle analogie donnerait à la mise en place d'une théorie darwinienne de l'évolution culturelle. Néanmoins, à travers plus de quarante années de débats, la structure de cette analogie n'a jamais été examinée en détail et on a rarement examiné l'épistémologie des inférences par analogie dans un tel contexte. L'objectif principal de la présente thèse consistera à offrir une première analyse systématique de la nature, de la structure, de la fonction et de la justification épistémique de l'analogie de l'hérédité culturelle, fondement conceptuel de la théorie de la double hérédité. En portant ici une attention particulière à la structure logique de cette analogie, on pourra constater l'ampleur de sa complexité, complexité passant souvent inaperçue dans les critiques de la théorie de la double hérédité. On défendra ici la thèse selon laquelle l'analogie de l'hérédité culturelle est en fait composée de deux analogies constitutives qui, conjointement, ouvrent la voie à la mise en place et à l’organisation d’un programme de recherche visant à mettre au point une théorie darwinienne de l’évolution culturelle.

Modélisation de l'influence de la fragmentation des habitats sur le risque de prédation chez le caribou forestier

Les populations du caribou forestier (Rangifer tarandus caribou) sont en déclin sur l’ensemble de leur aire de répartition en Amérique du Nord. Il s’avère que la prédation, amplifiée par l’exploitation forestière, en est la principale cause. Ce projet consiste à mettre en place un outil d'aide à la décision, permettant de modéliser les changements du risque de prédation chez le caribou forestier durant la succession forestière, et ce, selon différents scénarios d'aménagement forestier simulés sur la Côte-Nord du Québec, Canada. Ces scénarios, simulés de 2000 à 2150, sont caractérisés par (i) des coupes limitées aux blocs de protection et de remplacement, (ii) des coupes étendues sur le paysage, et finalement (iii) par l'absence de coupe dès 2000. Un modèle basé sur l'individu (MBI) permet de modéliser les déplacements simultanés du caribou forestier, de l'orignal (Alces alces) et du loup gris (Canis lupus) afin d'évaluer le risque de prédation selon les scénarios. En général, le risque de prédation est plus important lorsque les coupes sont limitées aux blocs de protection et de remplacement. En effet, il semble que ces blocs augmentent les probabilités de rencontre entre les proies et leurs prédateurs. Toutefois, certains résultats ne reflètent pas la littérature, ce qui montre la nécessité d'améliorer le MBI. Certaines recommandations visent finalement à bonifier ce MBI pour permettre l'analyse de la viabilité à long terme du caribou forestier en fonction de différents scénarios d'aménagement forestier.

Passage du nihilisme biologique au nihilisme moral dans la pensée d'Alex Rosenberg

La biologie évolutionnaire est au cœur des débats contemporains concernant les comportements humains. Les concepts de libre arbitre et de la moralité doivent, par conséquent, être repositionnés par rapport à ce type d’explication. Le consensus actuel concernant le libre arbitre est qu’il se réduit à l’expérience du libre arbitre et que la vraie question est alors d’expliquer comment cette expérience s’inscrit dans le processus darwinien. D’autres, darwiniens, par contre, semblent vouloir offrir une réalité au libre arbitre tout en maintenant un certain déterminisme darwinien. Dans ce mémoire, les arguments d’Alex Rosenberg proposant la position originale d’anti-libre arbitre et d’antidéterminisme seront étudiés. L’étude détaillée du passage du nihilisme biologique vers un nihilisme moral démontré par une position physicaliste et naturaliste, adoptée par Rosenberg, permettra d’illustrer la position anti-libre arbitre et antidéterministe. Pour ce faire, les théories de la deuxième loi de la thermodynamique et de l’évolution par la sélection naturelle seront présentées et analysées afin de démontrer en quoi elles répondent à la position physicaliste et naturaliste d’une part, et d’autre part, comment elles justifient le passage du nihilisme biologique au nihilisme moral selon Rosenberg. Finalement, les arguments et la position d’Alex Rosenberg seront mis en relation avec le domaine de la métaéthique afin d’y déceler une contradiction : le nihilisme moral n’est peut-être pas aussi gentil que Rosenberg l’affirme.

Hacia una teoría de las organizaciones empresariales una mirada desde las ciencias de la complejidad y la biología

La presente investigación tiene como objetivo realizar los primeros acercamientos al management en términos de biología y la consideración de las organizaciones como sistemas vivos y complejos. Para ello, se realiza una revisión del desarrollo de la administración a través de su historia y luego se aborda la vida desde múltiples perspectivas principalmente la biológica, a nivel molecular, clásico y evolutivo. Se realiza una revisión de autores reconocidos en el tema de la vida y complejidad como Francisco Varela, Humberto Maturana, Ricard Solé, Brian Goodwin, Lynn Margulis, Kauffman, Darwin, Ilya Prigogine, Duncan Watts entre otros, para intentar acercarnos a una comprensión más clara desde diferentes disciplinas, principalmente la biología. Una vez se han hecho comprensiones sobre los fenómenos biológicos y complejos se realiza una comparación con las organizaciones y así observar si éstas pueden llegar a ser consideradas sistemas bióticos de acuerdo con las características que poseen y su similitud en procesos, elementos e interrelaciones desde la biología.

Búsqueda de selección en el polimorfismo 677C>T (c.665C>T) del gen de la metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR) en una población Colombiana

Se realizó un estudio genético – poblacional en dos grupos etarios de población colombiana con la finalidad de evaluar las diferencias genéticas relacionadas con el polimorfismo MTHFR 677CT en busca de eventos genéticos que soporten la persistencia de este polimorfismo en la especie humana debido que este ha sido asociado con múltiples enfermedades. De esta manera se genotipificaron los individuos, se analizaron los genotipos, frecuencias alélicas y se realizaron diferentes pruebas genéticas-poblacionales. Contrario a lo observado en poblaciones Colombianas revisadas se identificó la ausencia del Equilibrio Hardy-Weinberg en el grupo de los niños y estructuras poblacionales entre los adultos lo que sugiere diferentes historias demográficas y culturales entre estos dos grupos poblacionales al tiempo, lo que soporta la hipótesis de un evento de selección sobre el polimorfismo en nuestra población. De igual manera nuestros datos fueron analizados junto con estudios previos a nivel nacional y mundial lo cual sustenta que el posible evento selectivo es debido a que el aporte de ácido fólico se ha incrementado durante las últimas dos décadas como consecuencia de las campañas de fortificación de las harinas y suplementación a las embarazadas con ácido fólico, por lo tanto aquí se propone un modelo de selección que se ajusta a los datos encontrados en este trabajo se establece una relación entre los patrones nutricionales de la especie humana a través de la historia que explica las diferencias en frecuencias de este polimorfismo a nivel espacial y temporal.  

Effects of a sex-ratio distorting endosymbiont on mtDNA variation in a global insect pest

Background: Patterns of mtDNA variation within a species reflect long-term population structure, but may also be influenced by maternally inherited endosymbionts, such as Wolbachia. These bacteria often alter host reproductive biology and can drive particular mtDNA haplotypes through populations. We investigated the impacts of Wolbachia infection and geography on mtDNA variation in the diamondback moth, a major global pest whose geographic distribution reflects both natural processes and transport via human agricultural activities. Results: The mtDNA phylogeny of 95 individuals sampled from 10 countries on four continents revealed two major clades. One contained only Wolbachia-infected individuals from Malaysia and Kenya, while the other contained only uninfected individuals, from all countries including Malaysia and Kenya. Within the uninfected group was a further clade containing all individuals from Australasia and displaying very limited sequence variation. In contrast, a biparental nuclear gene phylogeny did not have infected and uninfected clades, supporting the notion that maternally-inherited Wolbachia are responsible for the mtDNA pattern. Only about 5% (15/306) of our global sample of individuals was infected with the plutWBI isolate and even within infected local populations, many insects were uninfected. Comparisons of infected and uninfected isofemale lines revealed that plutWBI is associated with sex ratio distortion. Uninfected lines have a 1:1 sex ratio, while infected ones show a 2:1 female bias. Conclusion: The main correlate of mtDNA variation in P. xylostella is presence or absence of the plutWBI infection. This is associated with substantial sex ratio distortion and the underlying mechanisms deserve further study. In contrast, geographic origin is a poor predictor of moth mtDNA sequences, reflecting human activity in moving the insects around the globe. The exception is a clade of Australasian individuals, which may reflect a bottleneck during their recent introduction to this region.

Rapid radiation in spiny lobsters (Palinurus spp) as revealed by classic and ABC methods using mtDNA and microsatellite data

Background: Molecular tools may help to uncover closely related and still diverging species from a wide variety of taxa and provide insight into the mechanisms, pace and geography of marine speciation. There is a certain controversy on the phylogeography and speciation modes of species-groups with an Eastern Atlantic-Western Indian Ocean distribution, with previous studies suggesting that older events (Miocene) and/or more recent (Pleistocene) oceanographic processes could have influenced the phylogeny of marine taxa. The spiny lobster genus Palinurus allows for testing among speciation hypotheses, since it has a particular distribution with two groups of three species each in the Northeastern Atlantic (P. elephas, P. mauritanicus and P. charlestoni) and Southeastern Atlantic and Southwestern Indian Oceans (P. gilchristi, P. delagoae and P. barbarae). In the present study, we obtain a more complete understanding of the phylogenetic relationships among these species through a combined dataset with both nuclear and mitochondrial markers, by testing alternative hypotheses on both the mutation rate and tree topology under the recently developed approximate Bayesian computation (ABC) methods. Results: Our analyses support a North-to-South speciation pattern in Palinurus with all the South-African species forming a monophyletic clade nested within the Northern Hemisphere species. Coalescent-based ABC methods allowed us to reject the previously proposed hypothesis of a Middle Miocene speciation event related with the closure of the Tethyan Seaway. Instead, divergence times obtained for Palinurus species using the combined mtDNA-microsatellite dataset and standard mutation rates for mtDNA agree with known glaciation-related processes occurring during the last 2 my. Conclusion: The Palinurus speciation pattern is a typical example of a series of rapid speciation events occurring within a group, with very short branches separating different species. Our results support the hypothesis that recent climate change-related oceanographic processes have influenced the phylogeny of marine taxa, with most Palinurus species originating during the last two million years. The present study highlights the value of new coalescent-based statistical methods such as ABC for testing different speciation hypotheses using molecular data.