Ny matematisk model afslører, hvordan store grupper opstår i evolutionen

En ny matematisk model udviklet ved University of Illinois i Urbana-Champaign afslører, hvordan store evolutionære grupper, såsom phyla eller klasser, opstår fra eksisterende mangfoldighed i en population af organismer. Modellen bygger på tidligere teorier som punktueret ligevægt og neutral evolution, men redegør eksplicit for fluktuationer i populationens genetiske diversitet over tid.

Modellen, der er beskrevet i en nylig undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications, antyder, at store overgange i evolutionen sker, når populationer gennemgår perioder med hurtig genetisk divergens, efterfulgt af perioder med genetisk stase. Disse perioder med divergens og stasis er drevet af fluktuationer i befolkningsstørrelsen, som igen er påvirket af forskellige miljøfaktorer.

"Vores model giver en teoretisk ramme til at forstå, hvordan store evolutionære grupper opstår," sagde undersøgelsens hovedforfatter Dr. Daniel W. McShea, professor i økologi og evolution ved Illinois. "Det er en ny måde at tænke på den rolle, genetisk mangfoldighed spiller i at fremme evolutionær innovation og skabe nye livsformer."

En af de vigtigste indsigter fra modellen er, at perioder med genetisk divergens er mere tilbøjelige til at forekomme i mindre populationer. Dette skyldes, at mindre populationer er mere modtagelige for virkningerne af genetisk drift, som er en tilfældig udsving i hyppigheden af ​​gener i en population. Genetisk drift kan få gavnlige mutationer til at blive fikseret hurtigere i mindre populationer, hvilket fører til hurtigere udvikling.

I modsætning hertil er perioder med genetisk stase mere tilbøjelige til at forekomme i større populationer. Dette skyldes, at større populationer er mere tilbøjelige til at have et højere niveau af genetisk diversitet, som buffer mod virkningerne af genetisk drift. Højere genetisk diversitet kan også give mulighed for akkumulering af genetiske varianter, der kan give fitnessfordele i fremtiden, hvilket sætter scenen for efterfølgende perioder med divergens.

Modellen antyder også, at miljøudsving kan spille en rolle i at udløse store evolutionære overgange. For eksempel kan en pludselig stigning i tilgængeligheden af ​​en ny ressource eller et skift i klimaet få en befolkning til hurtigt at divergere i nye grupper, der er tilpasset de nye forhold.

"Det dynamiske samspil mellem populationens genetiske mangfoldighed og miljøudsving er en kritisk drivkraft for evolutionær innovation og diversificering," sagde McShea. "Vores model giver en ny måde at forstå dette samspil og udforske de mekanismer, der former evolutionens forløb over lange tidsskalaer."

Forskerne håber, at deres model vil inspirere til yderligere teoretiske og empiriske undersøgelser til at undersøge den rolle, genetisk diversitet og miljømæssige udsving spiller i evolutionsprocessen. Ved bedre at forstå de faktorer, der bidrager til store evolutionære overgange, kan videnskabsmænd få ny indsigt i livets historie på Jorden og potentialet for fremtidige evolutionære forandringer.