[论文解读] 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 6

一句话总结

本文表明，通过仅使用分类学信息来插入未采样物种的生灭-聚敛法（birth-death polytomy resolvers）生成的系统发育树，在基于性状的比较分析中存在根本性缺陷。由于这些方法随机放置物种，而无视其性状值，导致真实系统发育信号被扭曲，从而在表型进化、地理分布和群落构建的研究中产生系统性偏差。

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.

研究动机与目标

• 评估在缺乏遗传数据时，使用生灭-聚敛法生成物种水平系统发育树的有效性。
• 识别此类方法如何在性状进化分析中扭曲系统发育信号。
• 证明未采样物种的随机放置会破坏系统发育树中性状结构的自然模式。
• 提醒研究人员避免依赖这些伪后验树进行表型进化、地理分布和群落构建相关推断。
• 倡导在评估性状进化及相关进化过程时，优先使用真实数据而非合成系统发育树。

提出的方法

• 本研究以全球鸟类系统发育树为参考，模拟了通过生灭-聚敛法解析缺失物种的系统发育树。
• 仅使用分类学信息将未采样物种插入树中，不依赖遗传或表型数据。
• 该方法即使在缺乏遗传数据的情况下，也能生成完整物种水平系统发育树的伪后验分布。
• 利用标准比较方法，在真实树与解析生成的树上评估连续性和离散性状的系统发育信号。
• 通过比较真实与合成系统发育树之间的性状结构和推断准确性，检测系统性偏差。
• 本研究结合模拟数据与鸟类的实证数据，阐明随机物种放置对系统发育信号的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 生灭-聚敛法在多大程度上保留了物种水平系统发育树中性状的真实系统发育结构？
• RQ2 未采样物种的随机放置如何影响比较分析中关于表型进化的推断？
• RQ3 合成系统发育树对地理分布和群落构建研究中进化推断准确性的有何影响？
• RQ4 在不引入系统性偏差的前提下，基于分类学解析的系统发育树能否替代真实遗传系统发育树用于基于性状的分析？
• RQ5 为何生灭-聚敛法无法维持物种间性状相关性的自然模式？

主要发现

• 由生灭-聚敛法生成的系统发育树因物种相对于性状值的随机放置，导致基于性状的比较分析中产生系统性偏差。
• 该方法破坏了连续性和离散性状的自然系统发育信号，导致对进化模式的推断被扭曲。
• 基于这些合成树的推断会以可预测的方式产生偏差，其方向取决于性状真实潜在的系统发育结构。
• 即使在大量重采样树的情况下，偏差依然存在，且无法通过统计平均加以缓解。
• 在表型进化、生物地理学和群落构建研究中使用此类系统发育树，会导致不可靠甚至具有误导性的结论。
• 本研究得出结论：在任何涉及性状进化的分析中，都不应将这些合成系统发育树用作真实数据的替代品。