Wetenschap
Levende fossielen zijn uniek en niet oud, zeggen onderzoekers
De nieuwe maatstaf, die ‘evolutionair erfgoed’ wordt genoemd, benadrukt het belang van unieke soorteigenschappen – waaronder fysiologische aanpassingen, zoals snavelvariaties bij verschillende vogels – bij het beoordelen van de rijkdom en complexiteit van het leven.
Dit is vooral belangrijk in het licht van de snel veranderende druk op de biodiversiteit in de wereld. Het kan ook helpen bij het beantwoorden van hardnekkige debatten in het veld, zoals de vraag of ‘levende fossielen’ – soorten zoals de longvis, die al miljoenen jaren niet veranderd lijken te zijn – nog steeds evolueren.
Wetenschappers van het Imperial College London, de Zoological Society of London en de University of Canterbury, Nieuw-Zeeland hebben de nieuwe metriek voorgesteld om de accumulatie en het verlies van specifieke evolutionaire kenmerken door de tijd heen vast te leggen.
Onder leiding van professor James Rosindell van de afdeling Life Sciences van Imperial worden de resultaten van het team gepubliceerd in het tijdschrift Systematic Biology .
"De manier waarop we de biodiversiteit meten omvat niet alleen de soortenrijkdom, maar ook de rijkdom aan evolutionair overgeërfde eigenschappen die vaak als vanzelfsprekend worden beschouwd", zegt professor Rosindell.
Van geschiedenis tot erfgoed
Er zijn veel manieren om te kwantificeren hoe biodivers een ecologische gemeenschap is. Een van de eenvoudigste bestaat uit het tellen van het aantal verschillende soorten dat aanwezig is.
In de jaren negentig vond er echter een verschuiving plaats naar de focus op de evolutionaire geschiedenis, waarbij rekening werd gehouden met de evolutionaire afstanden tussen soorten – hoe nauw ze verwant zijn.
Stel je een boom voor van al het leven op aarde, waarbij verschillende takken verschillende evolutionaire lijnen vertegenwoordigen. De bladeren die aan de takken hangen zijn de huidige soorten die we vandaag waarnemen.
De evolutionaire geschiedenis wordt berekend door een reeks soorten te beschouwen en alle takken die deze soorten met een gemeenschappelijke voorouder verbinden bij elkaar op te tellen. Het idee is dat twee soorten die verder verwant zijn, waarschijnlijker van elkaar verschillen dan soorten die relatief recentelijk van elkaar zijn afgeweken.
Eén nadeel van fylogenetische diversiteit is echter dat deze er vaak niet in slaagt functionele kenmerken volledig vast te leggen die soorten fysiek en ecologisch van elkaar onderscheiden.
Soorten kunnen nauw verwant zijn, maar hebben heel verschillende eigenschappen, zoals Aziatische en Afrikaanse olifanten die zijn geëvolueerd om zich aan te passen aan hun verschillende omgevingen. Afrikaanse olifanten hebben grotere oren en meer rimpels op hun huid, waardoor ze meer warmte uitstralen. Dit is waar evolutionair erfgoed een rol speelt.
"Met evolutionair erfgoed proberen we alle unieke eigenschappen vast te leggen waarvan we verwachten dat ze bestaan en die allerlei belangrijke toepassingen kunnen hebben, maar die nog niet formeel zijn geïdentificeerd en gemeten", zegt professor Rosindell.
Evolutionair erfgoed omvat niet alleen de accumulatie van biologische kenmerken in de loop van de tijd, maar ook het verval ervan:het geleidelijke verlies van kenmerken door andere mechanismen dan uitsterven.
Soorten onderscheiden zich niet alleen van elkaar door nieuwe eigenschappen te verwerven langs hun evolutionaire takken, maar ze verliezen ook eigenschappen die ze allebei van hun gemeenschappelijke voorouder hebben geërfd.
Dit proces kan worden vastgelegd door berekeningen of simulaties die een algoritme gebruiken dat een willekeurige kans toekent op het verkrijgen of verliezen van een bestaande eigenschap.
"We hebben iets vastgelegd waar we altijd al om hebben gegeven in de evolutionaire biologie, maar waar we moeite mee hebben om het wiskundig te vatten", zegt co-auteur Dr. Will Pearse van het Department of Life Sciences van Imperial.
"Er werd beweerd dat fylogenetische diversiteit ook een proxy is voor de diversiteit van kenmerken, maar het negeert dat kenmerken niet alleen ontstaan, maar ook verloren gaan in een evolutionaire boom", zegt co-auteur professor Mike Steel, een biowiskundige aan de Universiteit van Canterbury. P>
Hij zei:"Evolutionair erfgoed is een manier om dit winst- en verliesproces op een geïntegreerde en wiskundig natuurlijke manier aan te pakken."
Levende fossielen uitleggen
Het team paste hun raamwerk toe om een al lang bestaand evolutionair debat rond het controversiële concept van 'levende fossielen' te beslechten. Traditioneel worden levende fossielen gezien als soorten die in de loop van lange geologische perioden weinig veranderd lijken te zijn, en vaak een sterke fysieke gelijkenis met hun oude voorouders behouden.
Veel wetenschappers hebben echter een hekel aan de term omdat deze impliceert dat de soorten die we vandaag de dag zien letterlijk identiek zijn aan hun voorouders. Professor Rosindell zei:“Dat idee is onjuist; de evolutie kan niet zomaar ‘uitgeschakeld’ worden. Organismen zullen blijven muteren en niet alle zullen overleven om zich voort te planten, dus evolutie zal plaatsvinden."
Evolutionair erfgoed biedt een nieuwe lens voor het begrijpen van levende fossielen. Het nieuwe raamwerk definieert en identificeert levende fossielen op basis van de voorspelde uniciteit en zeldzaamheid van hun evolutionaire kenmerken, in plaats van op basis van hun oppervlakkige gelijkenis met oude soorten.
Het artikel schetst een methode waarbij levende fossielen niet worden geïdentificeerd aan de hand van hun totale voorouderlijke kenmerken, maar aan de hand van het unieke karakter of de zeldzaamheid van deze kenmerken ten opzichte van andere levende soorten die afstammen van dezelfde voorouder.
"Als we aan een reeks voorouderlijke kenmerken denken, zullen sommige helemaal niet overleven, sommige zullen overleven in een zeer klein aantal levende soorten, en andere kunnen vandaag de dag worden waargenomen in duizenden afstammelingen," zei professor Rosindell.
"Het zijn de soorten met de zeldzame voorouderlijke kenmerken die eruit springen en volgens onze methode als levende fossielen worden bestempeld", zei hij.
Het team werkt nu aan het valideren van hun ideeën met behulp van genetische en eigenschapsgegevens, en aan het verder ontwikkelen van hun modellen voor mogelijk gebruik in natuurbehoudstoepassingen en ecologisch onderzoek.