Levende fossiler er unikke, ikke gamle, siger forskere

Den nye foranstaltning, kaldet "evolutionær arv", fremhæver vigtigheden af ​​unikke artstræk - som omfatter fysiologiske tilpasninger, såsom næbvariationer hos forskellige fugle - når man vurderer livets rigdom og kompleksitet.

Dette er særligt vigtigt i lyset af det hurtigt skiftende pres på vores verdens biodiversitet. Det kan også hjælpe med at besvare vedvarende debatter på området, såsom om "levende fossiler" - arter som lungefisken, der ikke ser ud til at have ændret sig i millioner af år - stadig udvikler sig.

Forskere fra Imperial College London, Zoological Society of London og University of Canterbury, New Zealand har foreslået den nye metrik til at fange akkumulering og tab af specifikke evolutionære træk gennem tiden.

Ledet af professor James Rosindell fra Institut for Biovidenskab ved Imperial, er holdets resultater offentliggjort i tidsskriftet Systematic Biology .

"Den måde, vi måler biodiversitet på, inkorporerer ikke kun artsrigdom, men også rigdommen af ​​evolutionært nedarvede egenskaber, som ofte bliver taget for givet," sagde professor Rosindell.

Fra historie til arv

Der er mange måder at kvantificere, hvor biodiversitet et økologisk samfund er. En af de enkleste består blot i at tælle antallet af forskellige arter, der er til stede.

Men i 1990'erne skete der et skift til at fokusere på evolutionær historie, som tager højde for de evolutionære afstande mellem arter – hvor tæt de er beslægtede.

Forestil dig et træ af alt liv på Jorden, hvor forskellige grene repræsenterer forskellige evolutionære slægter. Bladene, der hænger på grenene, er den nuværende art, vi observerer i dag.

Evolutionshistorie beregnes ved at overveje et sæt arter og lægge alle de grene sammen, der forbinder disse arter med en fælles forfader. Tanken er, at to arter, der er mere fjernt beslægtede, er mere tilbøjelige til at være forskellige fra hinanden end arter, der har afveget fra hinanden relativt for nylig.

En ulempe ved fylogenetisk mangfoldighed er imidlertid, at den ofte ikke fuldt ud fanger funktionelle træk, der gør arter fysisk og økologisk forskellige fra hinanden.

Arter kan være nært beslægtede, men har meget forskellige træk, som asiatiske og afrikanske elefanter, der har udviklet sig til at tilpasse sig deres forskellige miljøer. Afrikanske elefanter har større ører og flere rynker på huden, som hjælper dem med at udstråle mere varme. Det er her, evolutionær arv kommer ind i billedet.

"Med evolutionær arv forsøger vi at fange alle de unikke træk, som vi forventer skal eksistere, og som kunne have alle mulige vigtige anvendelser, men som endnu ikke er formelt identificeret og målt," sagde professor Rosindell.

Evolutionær arv inkorporerer ikke kun akkumulering af biologiske egenskaber over tid, men også deres nedslidning – det gradvise tab af egenskaber gennem andre mekanismer end udryddelse.

Arter adskiller sig ikke kun fra hinanden ved at få nye træk langs deres evolutionære grene, men de mister også træk, som de begge har arvet fra deres fælles forfader.

Denne proces kan fanges ved beregninger eller simuleringer, der bruger en algoritme, der tilskriver en tilfældig chance for at opnå eller miste en eksisterende egenskab.

"Vi har fanget noget, vi altid har interesseret os for i evolutionær biologi, men har kæmpet for at forstå matematisk," sagde medforfatter Dr. Will Pearse fra Institut for Biovidenskab på Imperial.

"Fylogenetisk diversitet blev hævdet at også være en proxy for egenskabsdiversitet, men den ignorerer, at funktioner ikke kun opstår, men også går tabt i et evolutionært træ," sagde medforfatter professor Mike Steel, en biomatematiker fra University of Canterbury.

Han sagde, "Evolutionær arv er en måde at håndtere denne gevinst- og tabsproces på en integreret og matematisk naturlig måde."

Forklaring af levende fossiler

Holdet anvendte deres rammer til at afgøre en langvarig evolutionær debat omkring det kontroversielle koncept om "levende fossiler." Traditionelt betragtes levende fossiler som arter, der ser ud til at have ændret sig lidt over lange geologiske perioder, og de bevarer ofte en stærk fysisk lighed med deres gamle forfædre.

Imidlertid kan mange forskere ikke lide udtrykket, fordi det antyder, at de arter, vi ser i dag, bogstaveligt talt er identiske med deres forfædre. Professor Rosindell sagde:"Den idé er forkert; evolution kan ikke bare 'slå fra'." Organismer vil fortsætte med at mutere, og ikke alle vil overleve for at formere sig, så evolution vil ske."

Evolutionær arv tilbyder en ny linse til at forstå levende fossiler. Den nye ramme definerer og identificerer levende fossiler ud fra den forudsagte unikke og sjældenhed af deres evolutionære træk snarere end deres overfladiske lighed med gamle arter.

Artiklen skitserer en metode, hvor levende fossiler ikke identificeres ud fra deres samlede forfædres træk, men ved deres unikke eller sjældenhed blandt andre levende arter, der stammer fra den samme forfader.

"Hvis vi tænker på et sæt af forfædres træk, vil nogle slet ikke overleve, nogle vil overleve i et meget lille antal levende arter, og andre kan observeres i tusindvis af efterkommere i dag," sagde professor Rosindell.

"Det er arten med de sjældne forfædres træk, der springer ud og bliver stemplet som levende fossiler ifølge vores metode," sagde han.

Holdet arbejder nu på at validere deres ideer ved hjælp af genetiske data og egenskabsdata, samt videreudvikle deres modeller til potentiel brug i bevaringsapplikationer og økologiforskning.

Flere oplysninger: James Rosindell et al., Fylogenetiske biodiversitetsmålinger bør tage højde for både akkumulering og nedslidning af evolutionær arv, Systematic Biology (2023). DOI:10.1093/sysbio/syad072

Journaloplysninger: Systematisk biologi

Leveret af Imperial College London