Ny matematisk modell visar hur livets huvudgrupper uppstår i evolutionen

24 februari 2020

Forskare vid Uppsala universitet och University of Leeds presenterar nu en matematisk modell av mångfalden i livets utvecklingshistoria. Modellen fördjupar kunskapen om hur nutidens organismgrupper har uppkommit och ger ett svar på Darwins ”förhatliga gåta” om blomväxternas ursprung. Forskningen publiceras i den vetenskapliga tidskriften Science Advances.

På vilket sätt många av de stora organismgrupperna har uppstått tycks vara höljt i dunkel. Ett berömt exempel är blomväxternas ursprung, som Darwin kallade ”en förhatlig gåta”. Många nutida grupper dyker upp plötsligt och deras föregångare – i den mån det finns några – är oftast få och försvinner snabbt ur fossilhistorien. När grupper väl har etablerat sig blir de å andra sidan ofta förhärskande under lång tid tills de avbryts av så kallade massutdöenden som den i slutet av kritaperioden för 66 miljoner år sedan.

Sådana mönster verkar förvånansvärda och motsägs inte sällan av resultaten från ”molekylära klockor”, ett sätt att använda den kalibrerade förändringshastigheten hos molekyler i nutida organismer för att uppskatta när de började avvika från varandra i utvecklingen. Hur kan den här motsättningen lösas och vad kan vi lära oss av den?

I sin nya forskningsartikel lägger Graham Budd vid Uppsala universitet och Richard Mann vid University of Leeds fram en helt ny matematisk modell av hur nutida grupper uppstår genom en så kallad födelse- och dödsprocess. Födelse- och dödsprocessmodeller belyser hur slumpartade utdöenden och artbildningar med tiden ger upphov till storskaliga mångfaldsmönster.

Nu levande organismer står för mångfalden

Budd och Mann visar att föregångarna till nutida grupper vanligen är ganska fåtaliga, och när de väl har gett upphov till den nutida gruppen dör de som regel ut inom kort. Den nutida gruppen diversifieras däremot snabbt och tränger därmed undan föregångarna. Något överraskande utgör därför de nu levande organismerna en stor andel av all den mångfald som någonsin har funnits.

De enda undantagen från dessa utvecklingsmönster beror på massutdöenden som har inträffat minst fem gånger i jordens historia. Massutdöenden kan kraftigt fördröja uppkomsten av en nutida grupp och därigenom utöka livslängden och mångfalden hos föregångarna, de så kallade ”stamgrupperna”. Ett bra exempel är den enorma mångfalden bland dinosaurierna, som rätteligen kan betraktas som en stamgrupp av fåglar. Meteoriten som slog ned för 66 miljoner år sedan tog död på nästan alla dinosaurier, utom en liten grupp som överlevde och gav upphov till nutidens mer än 10 000 fågelarter.

Den nya modellen förklarar många gåtfulla inslag i fossilhistorien och talar för att den ofta ger en tämligen rättvisande bild av hur stora grupper har uppstått. Detta tyder i sin tur på att molekylära klockmodeller bör granskas närmare om de avviker väsentligt från vad fossilhistorien visar.

Publikation

G. E. Budd, R. P. Mann, The dynamics of stem and crown groups. Sci. Adv. 6, eaaz1626 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aaz1626