Gedurende de hele geschiedenis van het leven op aarde, biologische diversiteit is door eb en vloed gegaan - perioden van snelle evolutie en dramatische uitstervingen. We weten dit, althans gedeeltelijk, door het fossielenbestand van ongewervelde zeedieren die sinds het Cambrium zijn achtergelaten. Opmerkelijk, extreme gebeurtenissen van diversificatie en uitsterven komen vaker voor dan een typische, Gaussiaans, distributie zou voorspellen. In plaats van de typische klokvormige curve, het fossielenarchief toont een verspreiding met dikke staart, met extreem, uitbijter, gebeurtenissen die plaatsvinden met een grotere kans dan verwacht.

Hoewel wetenschappers al lang op de hoogte zijn van dit ongebruikelijke patroon in het fossielenarchief, ze hebben geworsteld om het uit te leggen. Veel willekeurige processen die over een lange tijd plaatsvinden met grote steekproefomvang, van processen die schoolcijfers opleveren tot hoogte onder een bevolking, convergeren op de gemeenschappelijke Gauss-verdeling. "Het is een zeer redelijke standaard verwachting, ", zegt Santa Fe Institute Omidyar Fellow Andy Rominger. Dus waarom vertoont het fossielenbestand dit algemene patroon niet?

In een nieuw artikel gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , Rominger en collega's Miguel Fuentes (San Sebastián University, Chili) en Pablo Marquet (Pontifical Katholieke Universiteit van Chili) hebben een nieuwe benadering gekozen om deze kwestie aan te pakken. In plaats van te proberen alleen fluctuaties in biodiversiteit tussen alle soorten organismen te beschrijven, ze kijken ook naar schommelingen binnen clades, of groepen organismen die een gemeenschappelijke voorouderlijke afstamming delen.

"Binnen een lijn van nauw verwante organismen, er moet een geconserveerde evolutionaire dynamiek zijn. Tussen verschillende geslachten, die dynamiek kan veranderen, " zegt Rominger. Dat wil zeggen, binnen clades, verwante organismen hebben de neiging om een ​​effectieve adaptieve strategie te vinden en dwalen nooit te ver af. Maar tussen deze clade-specifieke fitnesspieken bevinden zich valleien van metaforisch onbewoonde ruimte. "Het blijkt, gewoon een beroep doend op dat simpele idee, met wat heel eenvoudige wiskunde, beschreef de patronen in het fossielenbestand heel goed."

Deze eenvoudige wiskunde zijn hulpmiddelen die Fuentes, in 2009, gebruikt om een ​​ander systeem met een ongebruikelijke dikstaartverdeling te beschrijven:de aandelenmarkt. Door superstatistieken te gebruiken - een benadering uit de thermodynamica om turbulente stroming te beschrijven - kon Fuentes de moeilijk te voorspellen dramatische crashes en explosies in waarde nauwkeurig beschrijven.

"In de biologie, we zien deze crashes en explosies ook, op het gebied van biodiversiteit, " zegt Rominger. "We vroegen ons af of de elegante benadering van Fuentes ook de evolutionaire dynamiek zou kunnen beschrijven die we in het fossielenarchief zien."

Het team schrijft dat hun succes nieuwe onderzoeksrichtingen opent om de evolutionaire processen beter te begrijpen die leiden tot zowel stabiele uitstervingssnelheden als soortvorming op het orde- en familieniveau van het leven, en op onderbrekingen waardoor nieuwe levensvormen kunnen ontstaan.