Phylogenies can be used to predict future diversification but with limited success

La vie sur Terre est une histoire de changement constant, où les espèces se divisent en de nouvelles formes tandis que d'autres s'effacent. Ce processus, connu sous le nom de diversification, se produit à des vitesses différentes selon les groupes d'animaux. Certaines lignées, comme les oiseaux, ont explosé en des milliers d'espèces, tandis que d'autres sont restées relativement statiques. Les scientifiques tentent depuis longtemps de comprendre les règles qui sous-tendent cette variation, espérant identifier quels groupes sont susceptibles de prospérer et lesquels pourraient éprouver des difficultés à l'avenir. Pour ce faire, ils utilisent des arbres généalogiques de la vie, appelés phylogénies, qui cartographient la manière dont les espèces sont liées entre elles. En examinant les extrémités de ces arbres — les espèces vivantes situées aux tout derniers bouts des branches — les chercheurs ont développé des outils mathématiques pour estimer la vitesse à laquelle une lignée se divise actuellement en de nouvelles espèces. L'objectif ultime est d'utiliser ces estimations pour prédire quelles espèces seront les plus prospères au cours des millions d'années à venir, une question qui revêt une importance profonde pour les efforts de conservation et la compréhension de l'avenir de la biodiversité.

Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de tester si ces outils de prédiction fonctionnent réellement dans le monde réel. Bien que les méthodes aient été testées sur des simulations informatiques, personne n'avait jamais vérifié si elles pouvaient prévoir l'avenir en utilisant des données réelles issues de la nature. L'équipe, dirigée par Grace Ridder et Jan Smyčka, a décidé de soumettre ces méthodes à l'épreuve ultime : le voyage dans le temps. Comme elles ne pouvaient pas attendre que l'avenir arrive, elles ont utilisé une astuce ingénieuse impliquant le passé. Elles ont pris de grands arbres généalogiques d'animaux à quatre pattes, incluant à la fois des groupes vivants comme les oiseaux et les mammifères, et des groupes éteints comme les dinosaures. Elles ont découpé ces arbres à des moments spécifiques dans le temps, traitant ce moment comme étant « aujourd'hui ». Elles ont ensuite utilisé les outils de prédiction standards pour estimer le succès futur des lignées existant à cette coupe. Enfin, elles ont observé ce qui s'est réellement passé au cours des quelques millions d'années suivantes pour voir si les prédictions correspondaient à la réalité.

Les chercheurs ont découvert que ces outils possèdent une certaine capacité à prédire l'avenir, mais que le succès est loin d'être parfait. Dans la plupart des groupes étudiés, les méthodes ont correctement identifié que les lignées présentant des taux de division plus élevés produiraient effectivement plus de descendants par la suite. Cela signifie que les outils sont meilleurs qu'un choix aléatoire. Cependant, la précision variait considérablement selon le groupe d'animaux et la méthode spécifique utilisée. Par exemple, une méthode reposant sur des règles de comptage simples a bien performé dans de nombreux groupes différents, montrant de manière constante un lien positif entre ses estimations et le nombre réel de nouvelles espèces apparues. Un autre ensemble de méthodes, qui utilise des modèles statistiques plus complexes pour rendre compte de la façon dont les espèces s'éteignent, a parfois peiné. Dans certains cas, particulièrement avec certains groupes de mammifères comme les carnivores et les ongulés brouteurs, ces modèles complexes n'ont pas réussi à trouver de motif clair, ou ont même suggéré le contraire de ce qui s'est réellement passé.

L'étude a également révélé que prédire l'avenir des espèces est intrinsèquement difficile car l'évolution est un processus chaotique. Même lorsque les outils saisissaient la direction générale, ils ne pouvaient pas prédire avec précision le nombre exact de nouvelles espèces. Les chercheurs ont calculé que les méthodes existantes n'expliquaient qu'une petite fraction de la variation de la diversité future. Une grande partie du résultat est dictée par des événements fortuits que aucun modèle ne peut prévoir. De plus, les outils étaient bien plus performants pour prédire la naissance de nouvelles espèces que pour prédire l'extinction des espèces. Cela est dû en partie au fait que les données disponibles pour les animaux vivants ne nous montrent pas les lignées qui ont déjà disparu, ce qui rend difficile l'apprentissage à partir des échecs passés. Les chercheurs ont noté que la taille de l'arbre généalogique importe également ; les méthodes avaient tendance à mieux fonctionner sur des groupes très vastes comprenant des milliers d'espèces, et moins bien sur de petits groupes n'en comptant que quelques centaines.

En fin de compte, ce travail suggère que, bien que nous puissions faire des suppositions éclairées sur les lignées prêtes pour une croissance future, nous devons rester prudents quant aux détails. Les outils sont utiles pour repérer les tendances générales, comme l'identification des groupes qui sont généralement plus actifs dans la création de nouvelles espèces, mais ils ne peuvent pas fournir une prévision précise. Les chercheurs ont constaté que les méthodes ont des forces différentes : certaines sont meilleures pour classer les espèces selon leur potentiel, tandis que d'autres sont meilleures pour estimer la vitesse réelle de l'évolution, bien qu'elles soient moins stables. L'étude conclut que prédire l'avenir de la vie est possible, mais seulement à un degré modéré. Les résultats dépendent fortement du groupe d'animaux spécifique étudié et de la qualité des données disponibles, nous rappelant que l'histoire de la vie est écrite avec un mélange de motifs prévisibles et de hasard imprévisible.