(Phys.org) — Een van de meest raadselachtige dingen over evolutie is dat, zelfs na 4 miljard jaar, het is niet gestopt. In plaats van te culmineren in één enkele best aangepaste soort, vandaag bevat de aarde naar schatting 8,7 miljoen verschillende soorten, die allemaal op een dag zullen uitsterven als een verscheidenheid aan nieuwe soorten hun plaats innemen.

Hoewel wetenschappers hebben geprobeerd deze evolutionaire dynamiek in het laboratorium te modelleren, zoals door systemen van moleculen te gebruiken die op de een of andere manier in de loop van de tijd veranderen, de meeste van deze modellen genereren uiteindelijk een enkele dominante soort en komen dan tot stilstand. Wetenschappers begrijpen nog steeds niet helemaal hoe evolutie nieuwe soorten blijft voortbrengen, waarvan bekend is dat het zelfs optreedt als er geen veranderende externe druk is.

Nu in een nieuwe studie, een team van natuurkundigen heeft een theoretisch en experimenteel evolutiemodel ontwikkeld dat eindeloos doorgaat, zelfs onder constante externe omstandigheden. Het model kan wetenschappers helpen beter te begrijpen hoe de biosfeer zich over miljarden jaren blijft ontwikkelen.

"We hopen de noodzakelijke voorwaarden van darwinistische statistieken te begrijpen - met name, het naast elkaar bestaan ​​van soorten die elk een eindige levensduur hebben - die ontstaan ​​met de darwinistische evolutie, " co-auteur Albrecht Ott aan de Universiteit van Saarland in Saarbrücken, Duitsland, vertelde Phys.org . “Dit lijkt een groot probleem waar onderzoek naar het ontstaan ​​van leven mee te maken heeft. moleculaire systemen kunnen helpen bij het ophelderen van mechanismen van soortvorming, met name de opkomst en verdwijning van niches."

Het nieuwe modelsysteem bestaat uit lineaire DNA-polymeren van verschillende lengtes, waarbij de lengte van een polymeer zijn "soort" bepaalt. De polymeren kunnen zich reproduceren (waardoor polymeren van dezelfde lengte ontstaan) of zich samenvoegen via het polymeerbindende enzym DNA-ligase (waardoor langere polymeren ontstaan, welke nieuwe soorten zijn).

In hun experimenten, de onderzoekers begonnen met polymeren die 10 of 20 basenparen lang waren. Nadat ze waren blootgesteld aan temperatuurvariaties die reproductie en binding in verschillende mate bevorderden, de onderzoekers ontdekten dat polymeren van verschillende lengtes begonnen te ontstaan.

De resultaten onthulden dat de evolutie van soorten afhangt van welk groeimechanisme domineert. In situaties waarin het ligatiemechanisme domineert, alle mogelijke polymeerlengtes worden gegenereerd (alle veelvouden van 20 beginnend met een lengte van 20, zoals 40, 60, 80, en 100 basenparen en hoger).

Maar wanneer reproductie domineert, alleen bepaalde lengtes verschijnen (in het bijzonder, lengtes van 10, 20, 40, 80, of 160 basenparen), en slechts voor beperkte tijd. Elke polymeerlengte volgt een patroon waarin het aantal exponentieel toeneemt, dan plateau, en ten slotte afnemen, waardoor nieuwe lengtes van polymeren ontstaan.

In deze reproductie-dominante situaties, de evolutie van polymeren van verschillende lengtes vertoont overeenkomsten met de darwinistische evolutie. Zoals de onderzoekers uitleggen, het is de dynamiek van het hele systeem die een bepaald, nieuwe soort (lengte polymeer) zodanig dat deze de bestaande situatie het meest efficiënt kan gebruiken om zich te vermenigvuldigen. Elke keer, het systeem ontsnapt aan deze dominantie door een nieuwe soort te creëren die de nieuwe situatie in zijn voordeel gebruikt.

"Wij geloven dat we een modelsysteem hebben gecreëerd dat een dynamisch mechanisme blootlegt dat essentiële kenmerken van de darwinistische evolutie weerspiegelt, " zei co-auteur Karsten Kruse van de Universiteit van Saarland. "In een door reproductie gedomineerde situatie, in ons systeem, alleen bepaalde soorten moleculaire reproduceerders komen voor:degenen die het meest profiteren van een bepaalde situatie. Echter, deze 'soorten' slagen er niet in de situatie te domineren vanwege de opkomst van steeds nieuwe andere soorten."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan het model aan te passen zodat de moleculen functionaliteit krijgen, waardoor ze meer lijken op biologische soorten.

"Hoewel de eenvoud van ons systeem de kwaliteit is en de boodschap zo duidelijk maakt, het is onduidelijk hoe je een complexer systeem moet bedenken dat nieuwe functionaliteiten mogelijk maakt in een darwinistische setting, "Zei Ott. "Dit is iets dat we in de toekomst willen aanpakken."