科學家們研究化石和進化樹來幫助確定進化速度

2020-12-08 生物幫

進化產生新物種的植物和動物，或現有物種消亡的速度，是一個非常感興趣的主題 - 而不僅僅是科學家。那是因為物種形成和滅絕的速度可以告訴我們很多關於地球歷史的信息。如果在一個區間內出現大量新物種，這將表明地球上生命的有利條件。相比之下，特殊事件可以引發大規模滅絕，其中最著名的例子是6600萬年前消滅恐龍的事件，這可能是由隕石撞擊引起的。

神秘的差異

很難確定過去物種出現的頻率，然後再次滅絕。蘇黎世聯邦理工學院計算進化研究小組的博士後Rachel Warnock說：「沒有人能夠看到這些過程的發生。」這就是科學家試圖通過間接方法推斷出物種形成和滅絕的原因。一些信息來自不同地質時代的化石。

另一個信息來源是今天存在的物種。特別是，基於DNA分析的生物物種的系統發育(或進化)樹。通過對這些樹木應用統計方法，科學家們可以確定新物種出現的頻率和舊物種過去的死亡頻率。

然而，這兩種方法存在問題，因為它們經常產生相互矛盾的結果：從化石記錄中得到的物種形成和物種滅絕率通常遠高於通過系統發育方法計算的那些。到目前為止，尚不清楚導致這種差異的原因。

結合不同的方法

但現在，與其他科學家合作，Rachel Warnock和計算進化研究組織負責人Tanja Stadler已經找到了解釋。「這兩種方法都基於對新物種形成方式的不同假設，」沃諾克說。這就是他們得出不同結論的原因。但如果他們考慮到這些不同的假設，那麼就可以協調結果。

研究人員通過觀察各種動物，如鯨魚，犬科動物和牛科動物，證明了這一點。他們的成功部分歸功於他們自己開發的計算機模型：「現在我們能夠統一兩種觀點，」沃諾克說。他們的工作成果發表在Nature Communications雜誌上。

對物種形成的見解

目前的想法認為，沒有一種，而是多種新物種出現的機制(見專欄)。每種機制都會產生不同的結果;這個過程可能會產生一兩個新物種，而原始物種要麼繼續存在，要麼就會消亡。「當使用統計方法分析系統發育和化石時，科學家迄今未明確考慮這些不同的可能性，」沃諾克說。

新模型現在將它們合併在一起，從而確保基於化石和系統發育的信息產生兼容的物種形成和滅絕率。

它還提供了關於特定動物或植物群體中哪種物種形成機制佔主導地位的指示。例如，進化樹和鯨魚的化石記錄顯示最常見的模式可能是成年;也就是說，原始物種逐漸轉變為新物種(模式3;見框)。因此，該模型可用於未來的研究，以獲得有關生物進化的新見解。它還有助於比以前更好地協調化石基因和系統發育分析的結果。

摘要：

新物種出現的三種方式：

萌芽：一個新物種從現有物種分支出來，繼續存在(1個新的，0個滅絕)。

Cladogenesis：一個物種分裂成兩個新物種，祖先形式消失(2個新的，1個滅絕)。

成蟲：一個物種進一步發展成為一個新物種，祖先形態在此過程中消失(1個新的，1個滅絕)。

從單一物種開始，新物種可能以三種方式中的任何一種出現。在他們的研究中，ETH研究人員研究了某些物種是否以一種主要方式產生了新物種。

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