Новая математическая модель объясняет возникновение крупных групп в эволюции

Исследователи из Уппсальского университета и Университета Лидса представили новую математическую модель закономерностей разнообразия в палеонтологической летописи. Она предлагает решение «отвратительной тайны» Дарвина и углубляет понимание того, как возникают современные группы организмов. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Происхождение многих крупных групп в летописи окаменелостей кажется скрытым. Классический пример — цветковые растения, названные Дарвином «отвратительной тайной». Многие современные группы появляются внезапно, а их возможные предшественники немногочисленны и быстро исчезают из палеонтологической летописи. Напротив, устоявшиеся группы доминируют долгое время, пока их не прерывают массовые вымирания, например, в конце мелового периода около 66 миллионов лет назад.

Эти паттерны кажутся удивительными и часто противоречат данным молекулярных часов (оценка времени дивергенции по скорости молекулярных изменений). Как разрешить это противоречие?

Грэм Будд и Ричард Манн представили новую математическую модель происхождения современных групп, основанную на процессе «рождения-смерти» (специация и вымирание). Модели «рождения-смерти» показывают, как случайные события вымирания и видообразования создают крупномасштабные паттерны разнообразия во времени.

Модель демонстрирует, что предковые формы современных групп обычно немногочисленны. После того как они дают начало современной группе, они быстро вымирают. Современная же группа, напротив, быстро диверсифицируется и «затмевает» предковые формы. Таким образом, современные организмы захватывают большой процент всего существовавшего разнообразия.

Исключения из этих паттернов вызваны массовыми вымираниями (в истории их было как минимум пять). Они могут значительно задержать возникновение современной группы, продлив существование и разнообразие предковых форм — стволовых групп. Яркий пример — огромное разнообразие динозавров, которые являются стволовой группой птиц. Удар метеорита в конце мелового периода уничтожил почти всех, кроме крошечной группы, которая выжила, дала начало и привела к появлению более 10 000 видов современных птиц.

Новая модель объясняет многие загадочные особенности палеонтологической летописи и предполагает, что она часто относительно точно отражает происхождение крупных групп. Это, в свою очередь, указывает на необходимость более критического подхода к моделям молекулярных часов, когда они существенно расходятся с данными летописи окаменелостей.