Neutral Community Ecology : inferring model parameters from species composition data with reference to tropical forests

La compréhension de la dynamique des forêts tropicales hyperdiverses a toujours été un défi en écologie. Historiquement les modèles se basant sur le concept de la niche ou la courbe logistique ont montré leurs limites lorsqu'il s'agissait d'expliquer la diversité d'espèces en forêt tropicale. L'arrivée des modèles neutres en écologie a permis d'exprimer dans un cadre mathématique l'échantillonnage des forêts tropicales, ouvrant de nouvelles perspectives. Ces modèles, très réduits en nombre de paramètres, ont été développés depuis la génétique des populations. Encore peu explorés, ces modèles considèrent les espèces comme étant fonctionnellement équivalentes entre elles. Pour commencer, nous réexaminerons les avancées récentes dans ce domaine extrêmement actif, pour discuter ensuite du développement futur de ces modèles. Dans un second temps, nous analyserons l'inférence des paramètres neutres, afin d'établir ce lien important entre modèles théoriques et données du terrain. De plus, nous introduirons un nouvel estimateur du paramètre décrivant la richesse d'espèces rencontrées dans ces forêts. Ces résultats seront mis en perspective par l'utilisation des données de terrain provenant des forêts sempervirentes des Ghâts Occidentaux d'Inde ainsi que des forêts humides autour du Canal du Panama. Nous testerons également ces approches sur des simulations variées. Finalement, nous essayerons d'évaluer la pertinence des estimations du paramètre de migration en les comparant avec les distances de dispersion des graines observées en forêt tropicale.Understanding the dynamics of highly diverse communities such as tropical forests has always been a challenging task in ecology. Historically, simplified logistic models and complex niche theories have had a limited success in explaining the species diversity and composition in a tropical context. With the advent of neutral models, we have an original quantitative framework in terms of a sampling theory which opens new perspectives in the field of tropical community ecology. These parsimonious models originally developed from existing theories in population genetics, have a highly selective interpretation of niche theory defined as the functional equivalence of species which has been insufficiently explored. To begin with, we review recent advances of this extremely active field and provide insights into future developments of this theory. Further on, we provide a detailed account of parameter inference which is the crucial link between theoret ical models and field data. In addition, we improve on existing approaches by introducing a novel estimator for the parameter explaining the species richness found in these forests. These results are put into perspective by using field data from the wet evergreen forests of the Western Ghats region of India and the tropical rain forests around the Panama Canal Watershed. Our results are also rigorously tested using simulations of neutral community composition. Lastly, we provide insights into whether parameter inferences dealing with immigration correspond to the seed dispersal distances typically found in tropical forests

Calcul de la vraisemblance et inférence des paramètres démographiques et mutationnels à partir de la variation génétique des populations

International audienceLikelihood methods are being developed for inference of migration rates and past demographic changes from population genetic data. We survey an approach for such inference using sequential importance sampling techniques derived from coalescent and diffusion theory. The consistent application and assessment of this approach has required the re-implementation of methods often considered in the context of computer experiments methods, in particular of Kriging which is used as a smoothing technique to infer a likelihood surface from likelihoods estimated in various parameter points, as well as reconsideration of methods for sampling the parameter space appropriately for such inference. We illustrate the performance and application of the whole tool chain on simulated and actual data, and highlight desirable developments in terms of data types and biological scenarios.Diverses approches ont été développées pour l'inférence des taux de migration et des changements démo-graphiques passés à partir de la variation génétique des populations. Nous décrivons une de ces approches utilisant des techniques d'échantillonnage pondéré séquentiel, fondées sur la modélisation par approches de coalescence et de diffusion de l'évolution de ces polymorphismes. L'application et l'évaluation systématique de cette approche ont requis la ré-implémentation de méthodes souvent considérées pour l'analyse de fonctions simulées, en particulier le krigeage, ici utilisé pour inférer une surface de vraisemblance à partir de vraisemblances estimées en différents points de l'espace des paramètres, ainsi que des techniques d'échantillonage de ces points. Nous illustrons la performance et l'application de cette série de méthodes sur données simulées et réelles, et indiquons les améliorations souhaitables en termes de types de données et de scénarios biologiques

Neutral Community Ecology (inferring model parameters from species composition data with reference to tropical forests)

La compréhension de la dynamique des forêts tropicales hyperdiverses a toujours été un défi en écologie. Historiquement les modèles se basant sur le concept de la niche ou la courbe logistique ont montré leurs limites lorsqu'il s'agissait d'expliquer la diversité d'espèces en forêt tropicale. L'arrivée des modèles neutres en écologie a permis d'exprimer dans un cadre mathématique l'échantillonnage des forêts tropicales, ouvrant de nouvelles perspectives. Ces modèles, très réduits en nombre de paramètres, ont été développés depuis la génétique des populations. Encore peu explorés, ces modèles considèrent les espèces comme étant fonctionnellement équivalentes entre elles. Pour commencer, nous réexaminerons les avancées récentes dans ce domaine extrêmement actif, pour discuter ensuite du développement futur de ces modèles. Dans un second temps, nous analyserons l'inférence des paramètres neutres, afin d'établir ce lien important entre modèles théoriques et données du terrain. De plus, nous introduirons un nouvel estimateur du paramètre décrivant la richesse d'espèces rencontrées dans ces forêts. Ces résultats seront mis en perspective par l'utilisation des données de terrain provenant des forêts sempervirentes des Ghâts Occidentaux d'Inde ainsi que des forêts humides autour du Canal du Panama. Nous testerons également ces approches sur des simulations variées. Finalement, nous essayerons d'évaluer la pertinence des estimations du paramètre de migration en les comparant avec les distances de dispersion des graines observées en forêt tropicale.Understanding the dynamics of highly diverse communities such as tropical forests has always been a challenging task in ecology. Historically, simplified logistic models and complex niche theories have had a limited success in explaining the species diversity and composition in a tropical context. With the advent of neutral models, we have an original quantitative framework in terms of a sampling theory which opens new perspectives in the field of tropical community ecology. These parsimonious models originally developed from existing theories in population genetics, have a highly selective interpretation of niche theory defined as the functional equivalence of species which has been insufficiently explored. To begin with, we review recent advances of this extremely active field and provide insights into future developments of this theory. Further on, we provide a detailed account of parameter inference which is the crucial link between theoret ical models and field data. In addition, we improve on existing approaches by introducing a novel estimator for the parameter explaining the species richness found in these forests. These results are put into perspective by using field data from the wet evergreen forests of the Western Ghats region of India and the tropical rain forests around the Panama Canal Watershed. Our results are also rigorously tested using simulations of neutral community composition. Lastly, we provide insights into whether parameter inferences dealing with immigration correspond to the seed dispersal distances typically found in tropical forests.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

The Migraine project : A user- friendly software for likelihood-based inferences of spatial structure and demographic history from genetic data

National audienc

Demographic inference from genetic data : consideration of an epidemiological model and a combinaition of different types of markers

International audienc

Inference of past changes in population size from genetic data : Test of a new method and application to real data

International audienc

Dispersal is a major driver of the latitudinal diversity gradient of Carnivora

International audienceAim Understanding the relative contribution of diversification rates (speciation and extinction) and dispersal in the formation of the latitudinal diversity gradient - the decrease in species richness with increasing latitude - is a main goal of biogeography. The mammalian order Carnivora, which comprises 286 species, displays the traditional latitudinal diversity gradient seen in almost all mammalian orders. Yet the processes driving high species richness in the tropics may be fundamentally different in this group from that in other mammalian groups. Indeed, a recent study suggested that in Carnivora, unlike in all other major mammalian orders, net diversification rates are not higher in the tropics than in temperate regions. Our goal was thus to understand the reasons why there are more species of Carnivora in the tropics. Location World-wide. Methods We reconstructed the biogeographical history of Carnivora using a time-calibrated phylogeny of the clade comprising all terrestrial species and dispersal-extinction-cladogenesis models. We also analysed a fossil dataset of carnivoran genera to examine how the latitudinal distribution of Carnivora varied through time. Results Our biogeographical analyses suggest that Carnivora originated in the East Palaearctic (i.e. Central Asia, China) in the early Palaeogene. Multiple independent lineages dispersed to low latitudes following three main paths: toward Africa, toward India/Southeast Asia and toward South America via the Bering Strait. These dispersal events were probably associated with local extinctions at high latitudes. Fossil data corroborate a high-latitude origin of the group, followed by late dispersal events toward lower latitudes in the Neogene. Main conclusions Unlike most other mammalian orders, which originated and diversified at low latitudes and dispersed out of the tropics', Carnivora originated at high latitudes, and subsequently dispersed southward. Our study provides an example of combining phylogenetic and fossil data to understand the generation and maintenance of global-scale geographical variations in species richness