En ny normal:Undersøgelse forklarer universelt mønster i fossiloptegnelser

Gennem hele livets historie på jorden, biologisk mangfoldighed har gennemgået ebbe og flod – perioder med hurtig udvikling og dramatisk udryddelse. Vi ved dette, i hvert fald delvist, gennem fossiloptegnelsen af ​​marine hvirvelløse dyr, der er efterladt siden den kambriske periode. Bemærkelsesværdigt, ekstreme begivenheder med diversificering og udryddelse sker oftere end en typisk, Gaussisk, distribution ville forudsige. I stedet for den typiske klokkeformede kurve, fossiloptegnelsen viser en fedthalefordeling, med ekstreme, afviger, hændelser, der sker med større sandsynlighed end forventet.

Mens videnskabsmænd længe har kendt til dette usædvanlige mønster i fossiloptegnelsen, de har kæmpet for at forklare det. Mange tilfældige processer, der opstår over lang tid med store stikprøvestørrelser, fra processer, der producerer skolekarakterer til højde blandt en befolkning, konvergere på den almindelige gaussiske fordeling. "Det er en meget rimelig standardforventning, " siger Santa Fe Institute Omidyar Fellow Andy Rominger. Så hvorfor viser fossiloptegnelsen ikke dette almindelige mønster?

I et nyt blad udgivet i Videnskabens fremskridt , Rominger og kolleger Miguel Fuentes (San Sebastián University, Chile) og Pablo Marquet (Pontifical Catholic University of Chile) har taget en ny tilgang til at tackle dette spørgsmål. I stedet for kun at prøve at beskrive udsving i biodiversiteten på tværs af alle typer organismer, de ser også på udsving inden for kladerne, eller grupper af organismer, der deler en fælles forfædres afstamning.

"Inden for en linje af nært beslægtede organismer, der bør være en bevaret evolutionær dynamik. Mellem forskellige slægter, den dynamik kan ændre sig, " siger Rominger. Det vil sige, inden for kladerne, relaterede organismer har en tendens til at finde en effektiv adaptiv strategi og kommer aldrig for langt. Men mellem disse clade-specifikke fitness-toppe er dale af metaforisk ubeboet rum. "Det viser sig, bare påberåber sig den simple idé, med noget meget simpel matematik, beskrev mønstrene i fossiloptegnelsen meget godt."

Denne simple matematik er værktøjer, som Fuentes, i 2009, bruges til at beskrive et andet system med en usædvanlig fedthalefordeling:aktiemarkedet. Ved at bruge superstatistik - en tilgang fra termodynamik til at beskrive turbulent flow - kunne Fuentes nøjagtigt beskrive de svære at forudsige dramatiske nedbrud og eksplosioner i værdi.

"I biologi, vi ser også disse styrt og eksplosioner, med hensyn til biodiversitet, " siger Rominger. "Vi spekulerede på, om Fuentes' elegante tilgang også kunne beskrive den evolutionære dynamik, vi ser i fossiloptegnelsen."

Holdet skriver, at deres succes åbner op for nye forskningsretninger for bedre at forstå de evolutionære processer, der fører til både stabile udryddelsesrater og artsdannelse på ordens- og familieniveauet i livet, og til afbrydelser, der tillader nye livsformer at opstå.