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

地球上の生命は、種が新しい形態へと分かれ、また別の種が消え去っていくという、絶え間ない変化の物語です。多様化として知られるこのプロセスは、動物のグループによって異なる速度で進行します。鳥類のように数千もの種へと爆発的に増加した系統もあれば、比較的停滞したままの系統もあります。科学者たちは、この変動の背後にある規則を理解し、どのグループが繁栄し、どのグループが将来苦戦する可能性があるのかを特定しようと、長年試みてきました。これを行うために、彼らは生命の家系図である「系統樹」を用います。系統樹は、種がいかに互いに関連しているかを描き出しています。研究者たちは、これらの樹の先端、つまり枝の末端にある現生種に注目することで、ある系統が現在どの程度の速さで新種へと分かれているかを推定するための数学的なツールを開発してきました。究極の目標は、これらの推定値を用いて、今後数百万年間にわたり、どの種が最も成功するかを予測することです。これは、保全活動や生物多様性の未来を理解する上で極めて重要な問いです。

ある研究チームは、これらの予測ツールが現実世界で実際に機能するかどうかを検証するために調査を開始しました。これらの手法はコンピュータ・シミュレーション上ではテストされてきましたが、実際の自然界のデータを用いて将来を正確に予測できるかどうかを確認した者はこれまでいませんでした。グレース・リダーとヤン・スミチュカ率いるこのチームは、これらの手法を究極のテスト、すなわち「タイムトラベル」にかけようと決めました。彼らは未来が起こるのを待つことはできないため、過去を利用した巧妙なトリックを用いました。彼らは、鳥類や哺乳類といった現生グループと、恐竜のような絶滅グループの両方を含む、四肢動物の巨大な家系図を取り上げました。そして、これらの樹を特定の時点の場所で切り取り、その瞬間を「今日」と見なしました。次に、標準的な予測ツールを用いて、その切り取られた時点に存在していた系統の将来の成功を推定しました。最後に、実際にその後数百万年間に何が起こったのかを確認し、予測が現実と一致するかどうかを調べました。

研究者たちは、これらのツールには将来を予測する能力が備わっているものの、その成功は決して完璧ではないことを発見しました。彼らが研究したほとんどのグループにおいて、手法は、高い分岐率が推定された系統が、後に実際に多くの子孫を生み出すということを正しく特定できました。これは、これらのツールがランダムな推測よりも優れていることを意味します。しかし、その正確性は、動物のグループや使用される具体的な手法によって大きく異なりました。例えば、単純な計数ルールに基づいた一つの手法は、多くの異なるグループにおいて非常に優れた性能を示し、推定値と実際に現れた新種の数の間に一貫した正の相関があることを示しました。一方で、種の絶滅を考慮するために、より複雑な統計モデルを用いる一連の手法は、時として苦戦しました。特定の食肉目や偶蹄類といった特定の哺乳類グループにおいては、これらの複雑なモデルが明確なパターンを見いだせなかったり、あるいは実際に起こったこととは逆の結果を示唆したりすることさえありました。

この研究はまた、進化は混沌としたプロセスであるため、種の未来を予測することは本質的に困難であることを明らかにしました。ツールが全体的な方向性を捉えたとしても、新種の正確な数を精密に予測することはできませんでした。研究者たちは、既存の手法では、将来の多様性の変動のうち、ごくわずかな部分しか説明できないことを算出しました。結果の多くは、どのモデルでも予見できない偶然の出来事によって左右されます。さらに、ツールは新種の誕生を予測することには長けていましたが、どの種が絶滅するかを予測することについては不得手でした。これは、現生動物から得られるデータには、すでに死に絶えた系統についての情報が含まれておらず、過去の失敗から学ぶことが難しいためです。研究者たちは、家系図のサイズも重要であると指摘しました。手法は、数千種を抱える非常に大きなグループに対してはうまく機能する傾向があり、数百種程度の小さなグループに対してはあまり機能しませんでした。

結局のところ、この研究は、どの系統が将来の成長に向けた態勢を整えているかについて、我々は「教育的な推測」を行うことはできるものの、その詳細については慎重にならなければならないことを示唆しています。ツールは、どのグループが一般的に新種を生み出す活動が活発であるかといった一般的な傾向を特定するには有用ですが、精密な予測を提供することはできません。研究者たちは、異なる手法にはそれぞれ異なる強みがあることを発見しました。ある手法は種のポテンシャルによる順位付けに適しており、別の手法は進化の実際の速度を推定することに適していますが、安定性に欠けるといった具合です。この研究は、生命の未来を予測することは可能であるが、それは中程度の精度に留まるという結論を下しました。その結果は、研究対象となる動物の特定のグループや、利用可能なデータの質に大きく依存しており、生命の物語は予測可能なパターンと予測不可能な偶然の混ざり合いによって綴られていることを思い出させてくれます。