Model giver indsigt i, hvordan livet fortsætter med at udvikle sig

(Phys.org) - En af de mest forvirrende ting ved evolution er, at selv efter 4 milliarder år, det er ikke stoppet. I stedet for at kulminere med en enkelt bedst tilpasset art, i dag indeholder Jorden anslået 8,7 millioner forskellige arter, som alle en dag vil dø ud, efterhånden som en række nye arter indtager deres pladser.

Selvom forskere har forsøgt at modellere denne evolutionære dynamik i laboratoriet, f.eks. ved at bruge systemer af molekyler, der på en eller anden måde ændrer sig over tid, de fleste af disse modeller genererer til sidst en enkelt dominerende art og går derefter i stå. Forskere forstår stadig ikke helt, hvordan evolutionen fortsætter med at generere nye arter, som vides at forekomme selv i fravær af ændrede ydre tryk.

Nu i en ny undersøgelse, et team af fysikere har udviklet en teoretisk og eksperimentel udviklingsmodel, der fortsætter uden ende, selv under konstante ydre forhold. Modellen kan hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan biosfæren fortsætter med at udvikle sig over milliarder af år.

"Vi håber at forstå de nødvendige betingelser for darwinistisk statistik - især sameksistensen af ​​arter, der hver har en begrænset levetid - der dukker op med den darwinistiske udvikling, "medforfatter Albrecht Ott ved Saarland University i Saarbruecken, Tyskland, fortalt Phys.org . "Dette ser ud til at være et stort problem, som forskning om livets oprindelse skal håndtere. Desuden er molekylære systemer kan hjælpe med at belyse mekanismer for speciering, især fremkomsten og forsvinden af ​​nicher. "

Det nye modelsystem består af lineære DNA -polymerer i forskellige længder, hvor længden af ​​en polymer bestemmer dens "art". Polymererne kan reproducere (skabe polymerer af samme længde) eller slutte sig sammen via det polymerbindende enzym DNA-ligase (skabe længere polymerer, som er nye arter).

I deres eksperimenter, forskerne startede med polymerer, der var 10 eller 20 basepar lange. Efter at have udsat dem for temperaturvariationer, der fremmer reproduktion og binding i forskellige grader, forskerne fandt ud af, at polymerer i forskellige længder begyndte at dukke op.

Resultaterne afslørede, at artens udvikling afhænger af hvilken vækstmekanisme, der dominerer. I situationer, hvor ligeringsmekanismen dominerer, alle mulige polymerlængder genereres (alle multipler på 20 startende med en længde på 20, såsom 40, 60, 80, og 100 basepar og derover).

Men når reproduktionen dominerer, kun visse længder vises (specifikt længder på 10, 20, 40, 80, eller 160 basepar), og kun i begrænsede perioder. Hver polymerlængde følger et mønster, hvor dets antal eksponentielt stiger, derefter plateau, og endelig falde, tillader nye længder af polymerer at dukke op.

I disse reproduktionsdominerende situationer, udviklingen af ​​polymerer af forskellig længde ligner den darwinistiske udvikling. Som forskerne forklarer, det er dynamikken i hele systemet, der vælger en bestemt, nye arter (polymerlængde) på en sådan måde, at den kan bruge den eksisterende situation mest effektivt til at formere sig. Hver gang, systemet undslipper fra denne dominans ved at skabe en ny art, der bruger den nye situation til sin fordel.

"Vi mener, at vi har skabt et modelsystem, der afslører en dynamisk mekanisme, der afspejler væsentlige træk ved darwinistisk udvikling, "sagde medforfatter Karsten Kruse ved Saarland Universitet." I en reproduktionsdomineret situation, i vores system, kun visse typer molekylære reproducenter forekommer:dem, der har størst gavn af en given situation. Imidlertid, disse 'arter' dominerer ikke situationen på grund af fremkomsten af ​​stadigt nye andre arter. "

I fremtiden, forskerne planlægger at ændre modellen, så molekylerne får funktionalitet, gør dem mere til biologiske arter.

"Selvom enkelheden i vores system er det, der udgør dets kvalitet og gør budskabet så klart, det er uklart, hvordan man udformer et mere komplekst system, der muliggør nye funktionaliteter i en darwinistisk indstilling, "Sagde Ott." Det er noget, vi planlægger at tage fat på i fremtiden. "