Graham har hittat svaret på "Darwins förhatliga gåta"

2020-02-19

En ny modell visar att de nu levande organismerna bär på en stor andel av all den mångfald som någonsin har funnits.

Fossil av trilobit. Foto.
En stor trilobit från Kambrium, för 500 miljoner år sedan. En av de organismer som inte överlevde till våra dagar.  

Forskare vid Uppsala universitet och University of Leeds presenterar nu en matematisk modell av mångfalden i livets utvecklingshistoria. Modellen fördjupar kunskapen om hur nutidens organismgrupper har uppkommit och ger ett svar på Darwins ”förhatliga gåta” om blomväxternas ursprung. Forskningen publiceras i den vetenskapliga tidskriften Science Advances.

Graham Budd, professor i paleobiologi vid institutionen för geovetenskaper och Richard Mann vid University of Leeds har tagit fram en helt ny matematisk modell av hur nutida grupper uppstår genom en så kallad födelse- och dödsprocess. 

Graham Budd. Porträtt.
Graham Budd, professor i paleobiologi har tagit fram en ny modell som förklarar många gåtfulla inslag i fossilhistorien.

Graham, hur kommer det sig att Darwin kallade blomväxternas ursprung för ”en förhatlig gåta”?
- Darwin ansåg att blomväxternas plötsliga uppdykande i den fossila historien var ”en förhatlig gåta” eftersom han utgick ifrån sin teori om evolution genom naturligt urval, där större grupper som blomväxter skulle utvecklas långsamt. Men i verkligheten dyker blomväxterna upp extremt snabbt i fossilhistorien, vilket han hade mycket svårt att förklara. Vår modell visar dock att detta mönster bara är det vi borde kunna ha  kunnat förvänta oss.

Du säger att nu levande organismer överraskande nog inbegriper en stor andel av all den mångfald som någonsin har funnits. Kan du förklara närmare?
- Jo, vi vet ju att många arter har dött ut, majoriteten faktiskt. Men våra resultat visar att de flesta arter kom från de stora grupper som finns idag. Det betyder att även om du reste långt tillbaka i tiden så skulle mångfalden vara förvånansvärt lik den vi har idag. Det finns långa tidsperioder där mångfalden har varit stabil. Sedan har vi haft plötsliga förändringar som beror på massutdöenden som utrotade grupper som till exempel dinosaurierna och trilobiterna.

Hur kommer er forskning att användas?
- Vi kan jämföra våra resultat (som kommer från en teoretisk modell) med hur fossilhistorien ser ut i verkligheten –och det gör att vi kan se hur bra det stämmer överens och därmed hur pålitligt det är. Ytterligare en användning är att det ger oss en möjlighet att se vilken effekt massutrotningar har på mångfalden –vilket ger oss möjlighet att reflektera över vad som kan hända i vår tid.

Länk till artikeln; "The dynamics of stem and crown groups" i tidskriften Science Advances. Artikeln är skriven på engelska. 

Sammanfattning av den forskningsartikel som publiceras i Science Advances: 

Ny matematisk modell visar hur livets huvudgrupper uppstår i evolutionen
På vilket sätt många av de stora organismgrupperna har uppstått tycks vara höljt i dunkel. Ett berömt exempel är blomväxternas ursprung, som Darwin kallade ”en förhatlig gåta”. Många nutida grupper dyker upp plötsligt och deras föregångare – i den mån det finns några – är oftast få och försvinner snabbt ur fossilhistorien. När grupper väl har etablerat sig blir de å andra sidan ofta förhärskande under lång tid tills de avbryts av så kallade massutdöenden som den i slutet av kritaperioden för 66 miljoner år sedan.

Sådana mönster verkar förvånansvärda och motsägs inte sällan av resultaten från ”molekylära klockor”, ett sätt att använda den kalibrerade förändringshastigheten hos molekyler i nutida organismer för att uppskatta när de började avvika från varandra i utvecklingen. Hur kan den här motsättningen lösas och vad kan vi lära oss av den?

I sin nya forskningsartikel lägger Graham Budd vid Uppsala universitet och Richard Mann vid University of Leeds fram en helt ny matematisk modell av hur nutida grupper uppstår genom en så kallad födelse- och dödsprocess. Födelse- och dödsprocessmodeller belyser hur slumpartade utdöenden och artbildningar med tiden ger upphov till storskaliga mångfaldsmönster. Budd och Mann visar att föregångarna till nutida grupper vanligen är ganska fåtaliga, och när de väl har gett upphov till den nutida gruppen dör de som regel ut inom kort. Den nutida gruppen diversifieras däremot snabbt och tränger därmed undan föregångarna. Något överraskande utgör därför de nu levande organismerna en stor andel av all den mångfald som någonsin har funnits.

De enda undantagen från dessa utvecklingsmönster beror på massutdöenden som har inträffat minst fem gånger i jordens historia. Massutdöenden kan kraftigt fördröja uppkomsten av en nutida grupp och därigenom utöka livslängden och mångfalden hos föregångarna, de så kallade ”stamgrupperna”. Ett bra exempel är den enorma mångfalden bland dinosaurierna, som rätteligen kan betraktas som en stamgrupp av fåglar. Meteoriten som slog ned för 66 miljoner år sedan tog död på nästan alla dinosaurier, utom en liten grupp som överlevde och gav upphov till nutidens mer än 10 000 fågelarter.

Den nya modellen förklarar många gåtfulla inslag i fossilhistorien och talar för att den ofta ger en tämligen rättvisande bild av hur stora grupper har uppstått. Detta tyder i sin tur på att molekylära klockmodeller bör granskas närmare om de avviker väsentligt från vad fossilhistorien visar.

För mer information kontakta:
Professor Graham Budd, institutionen för geovetenskaper, paleobiologi, Uppsala universitet, Telefon: 018-471 2762
E-post: Graham.Budd@pal.uu.se

Referens: 
G. E. Budd, R. P. Mann, The dynamics of stem and crown groups. Sci. Adv. 6, eaaz1626 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aaz1626 

Nyheter från institutionen för geovetenskaper