Compromis évolutionnaires, optimalité de Pareto et géométrie de l'espace phénotypique

Les systèmes biologiques qui accomplissent plusieurs tâches font face à un compromis fondamental : un phénotype donné ne peut pas être optimal pour toutes les tâches. Ici, nous nous interrogeons sur la manière dont les compromis affectent la diversité des phénotypes observés dans la nature. En utilisant le concept de frontière de Pareto issu de l'économie et de l'ingénierie, nous découvrons que les phénotypes de meilleur compromis sont des moyennes pondérées d'archétypes — des phénotypes spécialisés pour des tâches uniques. Pour deux tâches, les phénotypes se situent sur la ligne reliant les deux archétypes, ce qui pourrait expliquer les corrélations linéaires des traits, les relations allométriques, ainsi que les motifs d'expression génétique bactérienne. Pour trois tâches, les phénotypes se situent à l'intérieur d'un triangle dans l'espace phénotypique, dont les sommets sont les archétypes, comme l'illustre les études morphologiques, y compris sur les pinsons de Darwin. Les tâches peuvent être inférées à partir des phénotypes mesurés en se basant sur le comportement des organismes les plus proches des archétypes.