Το νέο μαθηματικό μοντέλο αποκαλύπτει πώς προκύπτουν μεγάλες ομάδες στην εξέλιξη

Ένα νέο μαθηματικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις στο Urbana-Champaign αποκαλύπτει πόσο μεγάλες εξελικτικές ομάδες, όπως η Phyla ή οι τάξεις, προκύπτουν από την υπάρχουσα ποικιλομορφία μέσα σε έναν πληθυσμό οργανισμών. Το μοντέλο βασίζεται σε προηγούμενες θεωρίες όπως η σημασμένη ισορροπία και η ουδέτερη εξέλιξη, αλλά αντιπροσωπεύουν ρητά τις διακυμάνσεις της γενετικής ποικιλομορφίας του πληθυσμού με την πάροδο του χρόνου.

Το μοντέλο, που περιγράφεται σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, υποδηλώνει ότι οι σημαντικές μεταβάσεις στην εξέλιξη συμβαίνουν όταν οι πληθυσμοί υφίστανται περιόδους ταχείας γενετικής απόκλισης, ακολουθούμενες από περιόδους γενετικής στάσης. Αυτές οι περιόδους απόκλισης και στάσης οδηγούνται από διακυμάνσεις του μεγέθους του πληθυσμού, οι οποίες με τη σειρά τους επηρεάζονται από διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες.

"Το μοντέλο μας παρέχει ένα θεωρητικό πλαίσιο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο προκύπτουν σημαντικές εξελικτικές ομάδες", δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Dr. Daniel W. McShea, καθηγητής οικολογίας και εξέλιξης στο Ιλλινόις. "Είναι ένας νέος τρόπος σκέψης για το ρόλο της γενετικής ποικιλομορφίας στην προώθηση της εξελικτικής καινοτομίας και τη δημιουργία νέων μορφών ζωής".

Μία από τις βασικές γνώσεις από το μοντέλο είναι ότι οι περίοδοι γενετικής απόκλισης είναι πιο πιθανό να συμβούν σε μικρότερους πληθυσμούς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι μικρότεροι πληθυσμοί είναι πιο ευαίσθητοι στις επιδράσεις της γενετικής μετατόπισης, η οποία είναι μια τυχαία διακύμανση της συχνότητας των γονιδίων σε έναν πληθυσμό. Η γενετική μετατόπιση μπορεί να προκαλέσει ευεργετικές μεταλλάξεις να σταθεροποιηθούν ταχύτερα σε μικρότερους πληθυσμούς, οδηγώντας σε ταχύτερη εξέλιξη.

Αντίθετα, οι περιόδους γενετικής στάσης είναι πιο πιθανό να εμφανιστούν σε μεγαλύτερους πληθυσμούς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι μεγαλύτεροι πληθυσμοί είναι πιο πιθανό να έχουν υψηλότερο επίπεδο γενετικής ποικιλομορφίας, το οποίο αποδίδει τα αποτελέσματα της γενετικής μετατόπισης. Η υψηλότερη γενετική ποικιλομορφία μπορεί επίσης να επιτρέψει τη συσσώρευση γενετικών παραλλαγών που μπορούν να προσδώσουν πλεονεκτήματα γυμναστικής στο μέλλον, καθορίζοντας το στάδιο για επακόλουθες περιόδους απόκλισης.

Το μοντέλο υποδηλώνει επίσης ότι οι περιβαλλοντικές διακυμάνσεις μπορούν να διαδραματίσουν κάποιο ρόλο στην ενεργοποίηση σημαντικών εξελικτικών μεταβάσεων. Για παράδειγμα, μια ξαφνική αύξηση της διαθεσιμότητας ενός νέου πόρου ή μια μετατόπιση του κλίματος θα μπορούσε να προκαλέσει μια πληθυσμό να αποκλίνει γρήγορα σε νέες ομάδες που είναι προσαρμοσμένες στις νέες συνθήκες.

"Η δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ της γενετικής ποικιλομορφίας του πληθυσμού και των περιβαλλοντικών διακυμάνσεων αποτελεί κρίσιμη κινητήρια δύναμη της εξελικτικής καινοτομίας και της διαφοροποίησης", δήλωσε ο McShea. "Το μοντέλο μας παρέχει έναν νέο τρόπο κατανόησης αυτής της αλληλεπίδρασης και να εξερευνήσουμε τους μηχανισμούς που διαμορφώνουν την πορεία της εξέλιξης σε μεγάλες χρονικές κλίμακες".

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι το μοντέλο τους θα εμπνεύσει περαιτέρω θεωρητικές και εμπειρικές μελέτες για να διερευνήσει το ρόλο της γενετικής ποικιλομορφίας και των περιβαλλοντικών διακυμάνσεων στη διαδικασία εξέλιξης. Με την καλύτερη κατανόηση των παραγόντων που συμβάλλουν στις σημαντικές εξελικτικές μεταβάσεις, οι επιστήμονες μπορούν να αποκτήσουν νέες ιδέες για την ιστορία της ζωής στη γη και τη δυνατότητα για μελλοντική εξελικτική αλλαγή.