Les prémices de l'automatisation de l'identification des espèces de mousses à partir de la morphologie de leurs spores

Abstract

Le registre palynologique sert d’archive en enregistrant les changements de composition végétale reflétant les changements climatiques et environnementaux au cours du temps. Si les pollens d’angiospermes sont abondamment utilisés, les spores de bryophytes quant à elles ne sont que peu exploitées en raison de notre incapacité à identifier les spores en microscopie optique. En revanche, en microscopie électronique, leur variabilité morphologique est énorme mais aucun outil systématique d’identification n’est encore disponible actuellement. Dans ce contexte, les progrès effectués en bioinformatique, et plus particulièrement dans les réseaux neuronaux, ont permis de développer des outils capables d’identifier des espèces à l’aide d’une photographie d’un individu ou d’un de ses organes. Le présent travail vise (1) à démontrer la pertinence de l’utilisation de micrographies de spores comme descripteur spécifique, à travers l’emploi d’un outil basé sur des réseaux neuronaux convolutifs (CNNs), et (2) à évaluer la variation intraspécifique de la morphologie des spores, afin de (3) désigner un protocole d’échantillonnage en vue de produire un outil taxonomique basé sur des CNNs efficaces. Cette étude a porté sur les spores de 10 espèces de mousses, comprenant un échantillonnage stratifié de 5 populations et 5 capsules par population. Les spores ont été photographiées au microscope électronique à balayage, puis, un réseau neuronal convolutif a ensuite été entrainé à reconnaitre les espèces présentées. Les analyses effectuées par les CNNs ont permis d’identifier les espèces des spores présentées avec une précision supérieure à 90%, sans impact de la face présentée. Le nombre d’images présentées (125) était suffisant afin d’obtenir un outil fiable. De plus, les CNNs ont également été capables de détecter la variation intraspécifique, tant au niveau des populations qu’au niveau des capsules. Ces résultats démontrent une forte héritabilité des caractères au sein des populations, parallèlement à une forte variation morphologique inter-population. Cette structure est interprétée en termes de l’effet de la dispersion stochastique à longue distance des spores, générant un très gros effet fondateur responsable de la variation inter-populationnelle, et au système de reproduction reposant largement sur l’autofécondation intra- et inter-gamétophytique, responsable de la très forte consanguinité entre individus. Ces résultats valident l’utilisation des CNNs dans l’identification des espèces de bryophytes à l’aide des spores et ouvrent un boulevard d’applications paléontologiques telles que les reconstitutions de la paléovégétation.