Application de la cladistique aux données de morphométrie géométrique: nouvelle approche pour résoudre la phylogénie du genre Homo

Applying cladistics to geometric morphometrics data: a new approach to resolve the phylogeny of the genus Homo

• Auteur / Autrice : Margaux Simon-maciejewski
• Direction : Aurélien Mounier, Giorgio Manzi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Paléoanthropologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2022
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle en cotutelle avec Università di Roma « La Sapienza »
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la nature et de l'Homme : évolution et écologie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Histoire Naturelle de l'Homme Préhistorique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PaléoFED (Paléoanthropologie Fonctions, Évolution et Diversité biologique)

Mots clés

Mots clés libres

Cladistique

Morphométrie géométrique

Phylogénies

Homo

Cladistics

Geometric morphometrics

Phylogenies

Homo

Résumé

Ce projet se concentre sur l'intégration de la morphométrie géométrique 3D dans un cadre cladistique, dans le contexte de l'histoire évolutive du genre Homo. Au cours des 30 dernières années, l'imagerie virtuelle et l'analyse morphométrique géométrique (basée sur la forme sans tenir compte de la taille) sont devenues des outils importants dans la recherche non médicale, y compris en paléoanthropologie. Cette avancée technologique s'est accompagnée du développement de la morphométrie géométrique, c'est-à-dire de méthodes permettant aux paléoanthropologue de quantifier la diversité des formes et aux taxonomistes de classer les espèces disparues. Cependant, et en particulier en paléoanthropologie, ces avancées ont souvent fait abstraction d'une autre révolution méthodologique en taxonomie : la cladistique. La cladistique a introduit le concept de relations d'ancêtre à descendant, un changement de paradigme dans l'analyse systématique par rapport à l'approche phénétique, qui se concentre uniquement sur les similitudes morphologiques. Alors que l'imagerie virtuelle et la morphométrie géométrique s'intègrent facilement dans un cadre phénétique, leur intégration dans la cladistique a été difficile et souvent critiquée en dépit de son potentiel. Les principaux objectifs de ce projet sont : premièrement, le développement de protocoles viables pour la mise en œuvre de données morphométriques géométriques 3D dans les analyses cladistiques ; deuxièmement, l'application de ces protocoles pour examiner minutieusement les relations taxonomiques et évolutives au sein du genre Homo. À cette fin, un certain nombre de calvaires humains (crânes dépourvus d'os de la face) ont été sélectionnés pour la collecte de points de repère en raison de leur plus grande représentation dans les archives fossiles. Pour étayer l'importance de ces résultats, des comparaisons avec les analyses cladistiques traditionnelles basées sur les caractères morphologiques vont ensuite être effectuées. La juxtaposition des résultats du nouveau protocole et de ceux issus des méthodes conventionnelles permettront de comprendre les forces et les limites de chaque approche. L'importance de la comparaison des résultats avec les matrices morphologiques en cladistique réside dans l'interprétation nuancée des relations évolutives. Alors que la morphométrie géométrique constitue un outil puissant pour saisir les variations de forme, les matrices morphologiques de la cladistique offrent une perspective plus large, englobant une gamme de traits morphologiques. Cette analyse comparative enrichit non seulement notre compréhension de l'évolution des hominidés, mais fournit également une base méthodologique solide pour les études futures en anatomie comparée et en biologie évolutive.

This project focuses on integrating 3D geometric morphometrics into a cladistic framework, in the context of the evolutionary history of the genus Homo. Over the past 30 years, virtual imaging and geometric morphometric analysis (based on shape without taking into account size) have become important tools in non-medical research, including palaeoanthropology. This technological advencement has been paralleled by the development of geometric morphometrics, that is, methods that enable morphologists to quantify shape diversity and taxonomists to classify extinct species. However, and particularly in palaeoanthropology, these advancements have often disregarded another methodological revolution in taxonomy – cladistics. Cladistics introduced the concept of ancestor-to-descendant relationships, a paradigm shift in systematic analysis compared to the phenetic approach, which focuses only on morphological similarities. While virtual imaging and geometric morphometrics readily fit within a phenetic framework, their integration into cladistics has been challenging and often criticized despite its potential. This project's primary objectives are: first, the development of viable protocols for implementing 3D geometric morphometrics data into cladistic analyses; second, the application of these protocols to scrutinize the taxonomic and evolutionary relationships within the genus Homo. For this purposes, a number of human calvaria (crania devoid of facial bones) was selected for landmark collection due to the more ample representation within the fossil record. To support the significance of these findings, comparisons with traditional cladistic analyses based on morphological traits will then be conducted. The juxtaposition of results from the new protocol with those derived from conventional methods will offer a comprehensive understanding of the strengths and limitations of each approach. The importance of comparing results with morphological matrices in cladistics lies in the nuanced interpretation of evolutionary relationships. While geometric morphometrics provide a powerful tool for capturing shape variations, morphological matrices in cladistics offer a broader perspective, encompassing a range of morphological traits. This comparative analysis not only enriches our understanding of hominid evolution but also provides a robust methodological foundation for future studies in comparative anatomy and evolutionary biology.