На протяжении всей истории жизни на Земле биологическое разнообразие переживало приливы и отливы - периоды быстрой эволюции и драматических вымираний. Мы знаем это, по крайней мере частично, благодаря летописи окаменелостей морских беспозвоночных, оставшихся после кембрийского периода. Примечательно, что экстремальные события диверсификации и вымирания случаются чаще, чем можно было бы предсказать при типичном гауссовском распределении. Вместо типичной колоколообразной кривой летопись окаменелостей показывает распределение с толстыми хвостами, при этом экстремальные, выбросы событий происходят с более высокой, чем ожидалось, вероятностью.
Хотя ученые давно знали об этой необычной закономерности в летописи окаменелостей, они изо всех сил пытались ее объяснить. Многие случайные процессы, которые происходят в течение длительного времени с большими размерами выборки, от процессов, которые дают школьные оценки до роста среди населения, сходятся на обычном гауссовском распределении. «Это очень разумное ожидание по умолчанию», - говорит Энди Роминджер, научный сотрудник Omidyar Institute of Santa Fe. Так почему же в летописи окаменелостей нет этой общей закономерности?
В новой статье, опубликованной в журнале Science Advances, Ромингер и его коллеги Мигель Фуэнтес (Университет Сан-Себастьяна, Чили) и Пабло Марке (Пабло Марке) (Католический университет Чили) по-новому подходят к решению этого вопроса. Вместо того, чтобы пытаться описать только колебания биоразнообразия среди всех типов организмов, они также рассматривают колебания внутри клад или групп организмов, которые имеют общую родословную..
В родословной близкородственных организмов должна сохраняться эволюционная динамика. Между разными линиями эта динамика может меняться», - говорит Роминджер. То есть внутри клад родственные организмы, как правило, находят эффективную адаптивную стратегию и никогда не отклоняются слишком далеко. Но между этими специфическими для клады пиками приспособленности находятся долины метафорически необитаемого пространства». Оказывается, простое обращение к этой простой идее с очень простой математикой очень хорошо описывает закономерности в палеонтологической летописи».
Эта простая математика - инструменты, которые Фуэнтес в 2009 году использовал для описания другой системы с необычным распределением с толстым хвостом: фондового рынка. Используя суперстатистику - термодинамический подход к описанию турбулентного потока - Фуэнтес смог точно описать труднопредсказуемые драматические аварии и взрывы стоимости.
«В биологии мы также видим эти катастрофы и взрывы с точки зрения биоразнообразия», - говорит Роминджер. «Мы задались вопросом, может ли элегантный подход Фуэнтеса также описать эволюционную динамику, которую мы наблюдаем в палеонтологической летописи».
Команда пишет, что их успех открывает новые направления исследований, чтобы лучше понять эволюционные процессы, которые приводят как к стабильным темпам вымирания и видообразования на уровне порядка и семьи жизни, так и к перерывам, которые допускают новые появляются формы жизни.