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

지구상의 생명은 종이 새로운 형태로 분화하고 다른 종들은 사라지는 끊임없는 변화의 이야기입니다. 다양화라고 알려진 이 과정은 동물 집단마다 서로 다른 속도로 일어납니다. 조류와 같은 계통은 수천 종으로 폭발적으로 늘어난 반면, 어떤 계통은 비교적 정체된 상태를 유지하기도 합니다. 과학자들은 이러한 변이 뒤에 숨겨진 규칙을 이해하여, 어떤 집단이 번성할 가능성이 높고 어떤 집단이 어려움을 겪을 것인지를 식별하고자 오랫동안 노력해 왔습니다. 이를 위해 그들은 생물 간의 연관성을 보여주는 계통수(phylogenies)라고 불리는 생명의 가계도를 사용합니다. 연구자들은 이 나무의 끝부분, 즉 가지의 맨 끝에 있는 살아있는 종들을 살펴봄으로써, 한 계통이 현재 얼마나 빠르게 새로운 종으로 분화하고 있는지 추정하는 수학적 도구들을 개발했습니다. 궁극적인 목표는 이러한 추정치를 사용하여 향후 수백만 년 동안 어떤 종이 가장 성공적일지를 예측하는 것이며, 이는 보전 노력과 생물 다양성의 미래를 이해하는 데 매우 중요한 질문입니다.

한 연구팀은 이러한 예측 도구들이 실제 세상에서 정말로 작동하는지 테스트하기 위해 나섰습니다. 이 방법들은 컴퓨터 시뮬레이션에서는 검증되었지만, 실제 자연의 데이터를 사용하여 미래를 정확하게 예측할 수 있는지 확인한 사례는 없었습니다. 그레이스 리더(Grace Ridder)와 얀 스미치카(Jan Smyčka)가 이끄는 이 팀은 이 방법들을 궁극적인 시험대에 올리기로 했습니다. 바로 '시간 여행'입니다. 미래가 오기를 기다릴 수는 없었기에, 그들은 과거를 이용한 영리한 묘수를 사용했습니다. 그들은 조류와 포유류를 포함하여 공룡과 같은 멸종된 집단까지 아우르는 네 발 달린 동물들의 거대한 가계도를 가져왔습니다. 그들은 이 나무들을 특정 시점에서 잘라내어, 그 순간을 '오늘'로 간와했습니다. 그런 다음 표준 예측 도구를 사용하여 그 시점에 존재하던 계통들의 미래 성공도를 추정했습니다. 마지막으로, 실제로 그다음 몇 백만 년 동안 어떤 일이 일어났는지 살펴봄으로써 그 예측이 현실과 일치하는지 확인했습니다.

연구진은 이 도구들이 미래를 예측하는 능력을 어느 정도 갖추고 있지만, 그 성공이 완벽하지는 않다는 것을 발견했습니다. 연구 대상이 된 대부분의 집단에서, 높은 분화율을 보인다고 추정된 계통들이 실제로 나중에 더 많은 후손을 낳았다는 사실을 이 방법들은 올바르게 식별해 냈습니다. 이는 이 도구들이 무작위로 추측하는 것보다는 낫다는 것을 의미합니다. 그러나 정확도는 동물 집단과 사용된 특정 방법에 따라 크게 달랐습니다. 예를 들어, 단순한 계산 규칙에 의존하는 한 방법은 많은 집단에서 우수한 성능을 보였으며, 추정치와 실제로 나타난 신종 수 사이에 양의 상관관계가 있음을 일관되게 보여주었습니다. 반면, 종의 멸종을 고려하기 위해 더 복잡한 통계 모델을 사용하는 다른 일련의 방법들은 때때로 어려움을 겪었습니다. 어떤 경우에는, 특히 육식 동물이나 발굽이 있는 초식 동물과 같은 특정 포유류 집단에서, 이러한 복잡한 모델들이 명확한 패턴을 찾지 못하거나 심지어 실제로 일어난 일과 반대되는 결과를 제시하기도 했습니다.

또한 이 연구는 진화가 본질적으로 혼돈스러운 과정이기 때문에 종의 미래를 예측하는 것이 매우 어렵다는 점을 밝혀냈습니다. 도구들이 일반적인 방향은 맞혔을지라도, 신종의 정확한 수를 정밀하게 예측할 수는 없었습니다. 연구진은 기존의 방법들이 미래의 다양성 변화 중 아주 작은 부분만을 설명할 수 있다는 것을 계산해 냈습니다. 결과의 상당 부분은 어떤 모델도 예견할 수 없는 우연한 사건들에 의해 결정됩니다. 더욱이, 도구들은 종의 탄생을 예측하는 데는 효과적이었으나, 어떤 종이 멸종할지를 예측하는 데는 그렇지 못했습니다. 이는 살아있는 동물에 대한 데이터가 이미 멸종한 계통들을 보여주지 않기 때문에, 과거의 실패로부터 배우기가 어렵기 때문입니다. 연구진은 가계도의 크기도 중요하다고 언급했습니다. 방법들은 수천 종의 매우 큰 집단에서는 더 잘 작동했지만, 수백 종 정도의 작은 집단에서는 덜 효과적이었습니다.

궁극적으로 이 작업은 우리가 어떤 계통이 미래의 성장을 준비하고 있는지에 대해 교육적인 추측을 할 수는 있지만, 세부적인 사항에 대해서는 주의를 기울여야 함을 시사합니다. 이 도구들은 어떤 집단이 일반적으로 새로운 종을 만드는 데 더 활발한지를 식별하는 것과 같은 일반적인 경향을 파악하는 데는 유용하지만, 정밀한 예보를 제공할 수는 없습니다. 연구진은 서로 다른 방법들이 각기 다른 강점을 가지고 있음을 발견했습니다. 어떤 방법은 잠재력에 따라 종의 순위를 매기는 데 더 적합하고, 어떤 방법은 실제 진화 속도를 추정하는 데 더 적합하지만 안정성은 떨어집니다. 이 연구는 생명의 미래를 예측하는 것은 가능하지만, 오직 중간 정도의 수준에서만 가능하다는 결론을 내립니다. 그 결과는 연구되는 특정 동물 집단과 가용 가능한 데이터의 질에 크게 좌우되며, 이는 생명의 이야기가 예측 가능한 패턴과 예측 불가능한 우연의 혼합으로 쓰여 있다는 사실을 다시 한번 상기시켜 줍니다.