Chapitre 8 : Evolution darwinienne et physique

Chapitre 8 :
Evolution darwinienne et physique
Motivation
• La nature semble animée de processus complexes, qui peuvent être
modélisés par des modèles physiques simples (ex : tremblements de terre).
• Le plus beau processus naturel reste l’évolution biologique.
• La physique y a contribué contre toute attente :
- algorithmes génétiques
- modèle d’évolution ponctualiste
Algorithmes génétiques
• Variabilité génétique au sein d’une population :
+
• Dynamique :
x
...
x
Applications
- Voyageur de commerce
- Ajustements non-linéaires
- Population de solutions optimales
- Pathfinder sur Mars
- Tests de logiciels
Théories de l’évolution - tendances
• Créationisme : évolution selon la bible (la genèse)
t
e
• Lamarckisme (1809) : “la fonction crée l’organe”
t
e
• Darwinisme (1859) : adaptation des espèces
à leur environnement
t
e
• NéoDarwinisme (1972-1988) :
spéciations brutales
t
e
Extinctions de masse
• Enregistrements paléontologiques : événements variés
S.J.Gould and N.Eldredge, Nature 366, 223 (1993)
• La nature a “tout essayé” : faune d’Ediacara (-600My)
vie à 2d
• La nature a “tout essayé” : Hallucigenia (-510My)
7 paires de pattes
S.J.Gould, Le sourire du flamant rose, (Le Seuil, Paris, 1988)
• Depuis l’apparition de l’homme :
- mammouth (Europe, Asie, Amérique, -12000)
- éléphant nain (Sicile, Crète, -10000)
- hippopotame nain (Chypre, -10000)
- moa (Pacifique Sud, 1500)
- dodo (Océan Indien, 1680)
- grand pingouin (Atlantique Nord, 1850)
- dauphin de Chine (Asie, 2006)
• Voir galerie des espèces disparues et menacées, Jardin des PLantes, Paris.
• Statistique des extinctions : durée de vie d’une espèce
10000
8000
frequency
frequency
6000
4000
1000
100
2000
0
30
80
130
180
10
10
life span (My)
100
life span (My)
P (T )
Auto-organisation critique ?
1000
T
Modèle de Bak-Sneppen (1993)
• Système (écosystème) : N espèces arrangées sur un réseau.
• Chaque espèce possède un paramètre d’adaptation
0
fi
• A chaque pas de temps : l’espèce la plus faible est remplacée
1
min{fi }
• Chaque disparition modifie le voisinage
t
0,981
0,137
0,310
0,943
0,881
0,602
0,981
0,137
0,675
0,044
0,529
0,602
0,981
0,886
0,122
0,630
0,529
0,602
0,981
0,886
0,345
0,231
0,529
0,602
P.Bak and K.Sneppen, Phys. Rev. Lett. 71, 4083 (1993)
• Avalanches :
t
• Statistiques :
P (f )
P (s)
f
s
Modèle arborescent (Vandewalle 1996)
• Arbres phylogénétiques : systématique, bioinformatique
• Système : nombre variable d’espèces
spéciation
• Spéciations basées sur les paramètres d’adaptation
1
2
3
4
5
2
6
k=3
3
4
1
5
6
N.Vandewalle and M.Ausloos, J. Phys. I 5, 1011 (1995)
• Résultats
P (f )
f
P (s)
s
Auto-organisation critique et arbres réalistes !