La première unité du cours portait sur le problème évolutif de l’innovation phénotypique, c’est-à-dire chercher à comprendre pourquoi les conséquences des mutations génétiques aléatoires ne sont pas aléatoires. Une réponse est que la modification d’un phénotype est rendue possible par le développement, c’est-à-dire qu’elle dépend de la cartographie du génotype au phénotype. Un modèle informatique de cette cartographie, à savoir le pliage des séquences d’ARN (« génotype ») en structures secondaires d’ARN à énergie libre minimale (« phénotype »), révèle quelques propriétés intéressantes.
Réseaux neutres
L’ensemble de séquences se pliant selon la même forme est mutationnellement connecté et étend un réseau à travers l’espace de séquence. Les réseaux neutres permettent aux populations de se diffuser à travers l’espace génotypique sans perdre leur phénotype actuel, tout en permettant l’exploration de nouveaux phénotypes accessibles par mutation en périphérie du réseau. Les réseaux neutres illustrent comment la robustesse permet le changement. L’impact des réseaux neutres sur la dynamique évolutive apparaît dans les expériences informatiques comme des trajectoires évolutives avec des transitions soudaines.
Voisinage
La contiguïté entre réseaux neutres définit mathématiquement une notion de voisinage phénotypique qui n’est pas fondée sur la similitude et qui est suffisante pour définir la continuité et la discontinuité dans les trajectoires évolutives.
Couverture de l’espace des formes
Toutes les formes fréquemment réalisées se produisent dans un voisinage relativement petit d’une séquence aléatoire. Cela rappelle la propriété d’équipartition asymptotique, ou la notion d’ensemble typique, dans le théorème de Shannon sur le codage de source.
La plasticité reflète la variabilité
En généralisant la définition du phénotype pour inclure l’ensemble des structures alternatives (« états excités ») dans une bande d’énergie thermique à partir de l’énergie libre minimale (« état fondamental »), on observe que la variabilité génétique (l’ensemble des états fondamentaux réalisés dans le voisinage mutationnel d’une séquence donnée) est en corrélation avec la plasticité (l’ensemble des états excités réalisables par cette même séquence).
