Phylogenies can be used to predict future diversification but with limited success

Das Leben auf der Erde ist eine Geschichte des ständigen Wandels, in der Arten in neue Formen aufspalten und andere verblassen. Dieser Prozess, bekannt als Diversifizierung, geschieht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei verschiedenen Tiergruppen. Einige Abstammungslinien, wie etwa die Vögel, sind zu Tausenden von Arten explodiert, während andere relativ statisch geblieben sind. Wissenschaftler versuchen seit langem, die Regeln hinter dieser Variation zu verstehen, in der Hoffnung zu identifizieren, welche Gruppen wahrscheinlich gedeihen werden und welche in Zukunft Schwierigkeiten haben könnten. Um dies zu tun, nutzen sie Stammbäume des Lebens, sogenannte Phylogenien, die aufzeigen, wie miteinander verwandte Arten stehen. Indem sie die Spitzen dieser Bäume betrachten – die lebenden Arten an den äußersten Enden der Zweige – haben Forscher mathematische Werkzeuge entwickelt, um zu schätzen, wie schnell eine Abstammungslinie derzeit in neue Arten aufspaltet. Das ultimative Ziel besteht darin, diese Schätzungen zu nutzen, um vorherzusagen, welche Arten in den kommenden Millionen Jahren am erfolgreichsten sein werden – eine Frage, die für Erhaltungsbemühungen und das Verständnis der zukünftigen Biodiversität von tiefer Bedeutung ist.

Ein Team von Forschern unternahm den Versuch zu testen, ob diese Vorhersagewerkzeuge in der realen Welt tatsächlich funktionieren. Obwohl die Methoden bereits an Computersimulationen getestet worden waren, hatte noch niemand überprüft, ob sie in der Lage sind, die Zukunft anhand tatsächlicher Daten aus der Natur vorherzusagen. Das Team unter der Leitung von Grace Ridder und Jan Smyčka entschied sich, diese Methoden dem ultimativen Test zu unterziehen: der Zeitreise. Da sie nicht darauf warten konnten, dass die Zukunft eintritt, nutzten sie einen klugen Trick unter Einbeziehung der Vergangenheit. Sie nahmen große Stammbäume von vierfüßigen Tieren, einschließlich sowohl lebender Gruppen wie Vögel und Säugetiere als auch ausgestorbener Gruppen wie Dinosaurier. Sie schnitten diese Bäume an spezifischen Zeitpunkten durch und behandelten diesen Moment als „heute“. Dann verwendeten sie die Standard-Vorhersagewerkzeuge, um den zukünftigen Erfolg der zu diesem Zeitpunkt existierenden Abstammungslinien zu schätzen. Schließlich untersuchten sie, was in den nächsten Millionen Jahren tatsächlich geschah, um zu sehen, ob die Vorhersagen mit der Realität übereinstimmten.

Die Forscher fanden heraus, dass diese Werkzeuge zwar eine gewisse Fähigkeit besitzen, die Zukunft vorherzusagen, der Erfolg jedoch weit davon entfernt ist, perfekt zu sein. In den meisten der von ihnen untersuchten Gruppen identifizierten die Methoden korrekt, dass Abstammungslinien mit höheren geschätzten Aufspaltungsraten später tatsächlich mehr Nachkommen hervorbringen würden. Dies bedeutet, dass die Werkzeuge besser sind als bloßes Raten. Die Genauigkeit variierte jedoch erheblich je nach Tiergruppe und der jeweils verwendeten Methode. Beispielsweise funktionierte eine Methode, die auf einfachen Zählregeln basiert, in vielen verschiedenen Gruppen recht gut und zeigte konsistent eine positive Verbindung zwischen ihren Schätzungen und der tatsächlichen Anzahl der neu erschienenen Arten. Ein anderer Satz von Methoden, die komplexere statistische Modelle verwenden, um das Aussterben von Arten zu berücksichtigen, hatte hingegen manchmal Schwierigkeiten. In einigen Fällen, insbesondere bei bestimmten Säugetiergruppen wie Karnivoren und Huftgängern, fanden diese komplexen Modelle keinen klaren Zusammenhang oder deuteten sogar das Gegenteil dessen an, was tatsächlich geschah.

Die Studie verdeutlichte auch, dass die Vorhersage der Zukunft von Arten inhärent schwierig ist, da die Evolution ein chaotischer Prozess ist. Selbst wenn die Werkzeuge die allgemeine Richtung richtig erfassten, konnten sie die exakte Anzahl neuer Arten nicht präzise vorhersagen. Die Forscher berechneten, dass die bestehenden Methoden nur einen kleinen Bruchteil der Variation in der zukünftigen Vielfalt erklären konnten. Vieles von dem, was eintritt, wird durch Zufallsereignisse getrieben, die kein Modell vorhersehen kann. Darüber hinaus waren die Werkzeuge wesentlich besser darin, die Geburt neuer Arten vorherzusagen, als vorherzusagen, welche Arten aussterben würden. Dies liegt teilweise daran, dass die verfügbaren Daten über lebende Tiere uns nicht die Abstammungslinien zeigen, die bereits ausgestorben sind, was es schwierig macht, aus vergangenen Fehlern zu lernen. Die Forscher merkten zudem an, dass die Größe des Stammbaums eine Rolle spielt; die Methoden funktionierten tendenziell besser bei sehr großen Gruppen mit Tausenden von Arten und weniger gut bei kleineren Gruppen mit nur einigen hundert Arten.

Letztlich legt diese Arbeit nahe, dass wir zwar fundierte Vermutungen darüber anstellen können, welche Abstammungslinien zu künftigem Wachstum bereit sind, wir aber bei den Details vorsichtig sein müssen. Die Werkzeuge sind nützlich, um allgemeine Trends aufzuspüren, wie etwa die Identifizierung jener Gruppen, die im Allgemeinen aktiver darin sind, neue Arten zu erschaffen, aber sie können keine präzise Prognose liefern. Die Forscher fanden heraus, dass verschiedene Methoden unterschiedliche Stärken haben: Einige eignen sich besser dazu, Arten nach ihrem Potenzial zu ranken, während andere besser darin sind, die tatsächliche Geschwindigkeit der Evolution zu schätzen, dabei jedoch weniger stabil sind. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Vorhersage der Zukunft des Lebens möglich ist, jedoch nur in einem moderaten Maße. Die Ergebnisse hängen stark von der spezifischen untersuchten Tiergruppe und der Qualität der verfügbaren Daten ab, was uns daran erinnert, dass die Geschichte des Lebens mit einer Mischung aus vorhersehbaren Mustern und unvorhersehbarem Zufall geschrieben wird.