[論文レビュー] No substitute for real data: phylogenies from birth-death polytomy resolvers should not be used for many downstream comparative analyses

Daniel L. Rabosky|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2015

Evolution and Paleontology Studies参考文献 27被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、遺伝データが欠落している場合に、分類学的情報のみを用いて未採取種を系統樹に挿入する出生死滅多枝解消法（birth-death polytomy resolvers）によって生成される系統樹が、特性に基づく比較解析において根本的に誤りであることを示している。これらの手法は、特性値とは無関係に種をランダムに配置するため、真の系統的信号が歪められ、表型進化、地理、コミュニティ構築に関する研究において一貫したバイアスが生じる。

ABSTRACT

The statistical estimation of phylogenies is always associated with uncertainty, and accommodating this uncertainty is an important component of modern phylogenetic comparative analysis. The birth-death polytomy resolver is a method of accounting for phylogenetic uncertainty that places missing (unsampled) taxa onto phylogenetic trees, using taxonomic information alone. Recent studies of birds and mammals have used this approach to generate pseudo-posterior distributions of phylogenetic trees that are complete at the species level, even in the absence of genetic data for many species. Many researchers have used these distributions of phylogenies for downstream evolutionary analyses that involve inferences on phenotypic evolution, geography, and community assembly. I demonstrate that the use of phylogenies constructed in this fashion is inappropriate for many questions involving traits. Because species are placed on trees at random with respect to trait values, the birth-death polytomy resolver breaks down natural patterns of trait phylogenetic structure. Inferences based on these trees are predictably and often drastically biased in a direction that depends on the underlying (true) pattern of phylogenetic structure in traits. I illustrate the severity of the phenomenon for both continuous and discrete traits using examples from a global bird phylogeny.

研究の動機と目的

• 遺伝データが欠落している状況で、出生死滅多枝解消法を用いて種レベルの系統樹を生成する手法の妥当性を評価すること。
• こうした手法が特性進化解析における系統的信号をどのように歪めるかを特定すること。
• 未採取種のランダムな配置が、系統樹における特性構造の自然なパターンを破壊することを示すこと。
• 表型進化、地理、コミュニティ構築に関連する推論において、これらの偽後確率系統樹に依存しないよう研究者に警告すること。
• 特性進化および関連する進化的プロセスを評価する際には、合成系統樹ではなく実データの使用を提唱すること。

提案手法

• 研究は、世界規模の鳥類系統樹を基準として、未採取種を出生死滅多枝解消法で解消した系統樹をシミュレーションする。
• 遺伝的または形態的データを一切使用せず、分類学的情報のみを用いて未採取種を系統樹に挿入する。
• 遺伝データが存在しない状況においても、完全な種レベルの系統樹の偽後確率分布を生成する。
• 連続的および離散的特性における系統的信号を、実際の系統樹と解消法で生成された系統樹の両方に対して、標準的な比較手法を用いて評価する。
• 系統的信号の構造と推論の正確性を、実際の系統樹と合成系統樹の間で比較し、一貫したバイアスを検出する。
• シミュレーションと鳥類の実データを用いて、ランダムな種の配置が系統的信号に与える影響を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 出生死滅多枝解消法は、種レベルの系統樹における特性の真の系統的構造をどの程度保持しているか？
• RQ2 未採取種のランダムな配置は、比較解析における表型進化に関する推論にどのように影響するか？
• RQ3 合成系統樹は、地理学的およびコミュニティ構築に関する研究における進化的推論の正確性にどのような影響を与えるか？
• RQ4 分類学的解消法で生成された系統樹は、系統的バイアスを生じさせることなく、実遺伝的系統樹の代用として特性に基づく解析に使用できるか？
• RQ5 なぜ出生死滅多枝解消法は、種間における特性相関の自然なパターンを維持できないのか？

主な発見

• 出生死滅多枝解消法によって生成される系統樹は、特性値と無関係に種をランダムに配置するため、特性に基づく比較解析に一貫したバイアスをもたらす。
• この手法は連続的および離散的特性の両方における自然な系統的信号を破壊し、進化パターンに関する歪んだ推論を生じさせる。
• これらの合成系統樹に基づく推論は、特性の真の系統的構造に依存した方向に一貫してバイアスが生じる。
• 多数の再サンプリングされた系統樹を用いても、バイアスは持続し、統計的平均化によって是正されない。
• 表型進化、生物地理学、コミュニティ構築に関する研究において、こうした系統樹を用いることは信頼性が低く、誤解を招く結論を導く可能性がある。
• 本研究は、特性進化を含むあらゆる解析において、これらの合成系統樹を実データの代替として使用すべきでないと結論づける。