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

Het leven op aarde is een verhaal van constante verandering, waarbij soorten splitsen in nieuwe vormen en anderen langzaam verdwijnen. Dit proces, bekend als diversificatie, vindt plaats met verschillende snelheden voor verschillende diergroepen. Sommige lijnen, zoals vogels, zijn geëxplodeerd in duizenden soorten, terwijl andere relatief statisch zijn gebleven. Wetenschappers proberen al lang de regels achter deze variatie te begrijpen, in de hoop te identificeren welke groepen waarschijnlijk zullen floreren en welke mogelijk moeite zullen hebben in de toekomst. Hiervoor gebruiken ze stambomen van het leven, genaamd fylogenieën, die in kaart brengen hoe soorten aan elkaar verwant zijn. Door naar de uiteinden van deze bomen te kijken—de levende soorten aan de uiterste takken—hebben onderzoekers wiskundige hulpmiddelen ontwikkeld om te schatten hoe snel een lijn momenteel splitst in nieuwe soorten. Het ultieme doel is om deze schattingen te gebruiken om te voorspellen welke soorten het meest succesvol zullen zijn in de komende miljoenen jaren, een vraag die diepe betekenis heeft voor natuurbehoud en het begrijpen van de toekomstige biodiversiteit.

Een team van onderzoekers zette zich in om te testen of deze voorspellingsinstrumenten daadwerkelijk werken in de echte wereld. Hoewel de methoden waren getest in computersimulaties, had nog niemand gecontroleerd of ze de toekomst accuraat konden voorspellen met behulp van werkelijke gegevens uit de natuur. Het team, onder leiding van Grace Ridder en Jan Smyčka, besloot deze methoden aan de ultieme test te onderwerpen: tijdreizen. Omdat ze niet konden wachten tot de toekomst zou plaatsvinden, gebruikten ze een slimme truc met het verleden. Ze namen grote stambomen van viervoetige dieren, inclusief zowel levende groepen zoals vogels en zoogdieren als uitgestorven groepen zoals dinosaurussen. Ze sneden deze bomen op specifieke punten in de tijd door, waarbij dat moment werd behandeld als "vandaag". Vervolgens gebruikten ze de standaard voorspellingsinstrumenten om het toekomstige succes van de lijnen die op dat snijpunt bestonden te schatten. Ten slotte keken ze wat er in de daaropvolgende miljoenen jaren daadwerkelijk gebeurde om te zien of de voorspellingen overeenkwamen met de werkelijkheid.

De onderzoekers ontdekten dat deze instrumenten wel degelijk enige capaciteit hebben om de toekomst te voorspellen, maar dat het succes verre van perfect is. In de meeste van de groepen die zij bestudeerden, identificeerden de methoden correct dat lijnen met hogere geschatte splitsingssnelheden inderdaad later meer nakomelingen zouden voortbrengen. Dit betekent dat de instrumenten beter zijn dan willekeurig gokken. De nauwkeurigheid varieerde echter aanzienlijk afhankelijk van de diergroep en de specifieke methode die werd gebruikt. Bijvoorbeeld, één methode die steunt op eenvoudige telregels presteerde zeer goed bij veel verschillende groepen, waarbij het consistent een positieve link liet zien tussen de schattingen en het werkelijke aantal nieuwe soorten dat verscheen. Een andere set methoden, die complexere statistische modellen gebruikt om rekening te houden met hoe soorten uitsterven, ondervond soms problemen. In sommige gevallen, met name bij bepaalde groepen zoogdieren zoals carnivoren en hoefdier grazers, slaagden deze complexe modellen er niet in een duidelijk patroon te vinden, of suggereerden ze zelfs het tegenovergestelde van wat er daadwerkelijk gebeurde.

De studie onthulde ook dat het voorspellen van de toekomst van soorten inherent moeilijk is omdat evolutie een chaotisch proces is. Zelfs wanneer de instrumenten de algemene richting goed kregen, konden ze het exacte aantal nieuwe soorten niet precies voorspellen. De onderzoekers berekenden dat de bestaande methoden slechts een klein deel van de variatie in toekomstige diversiteit konden verklaren. Veel van de uitkomst wordt gedreven door toevallige gebeurtenissen die geen enkel model kan voorzien. Bovendien waren de instrumenten veel beter in het voorspellen van de geboorte van nieuwe soorten dan in het voorspellen van welk soort zou uitsterven. Dit komt deels doordat de beschikbare gegevens over levende dieren ons niet laten zien welke lijnen al zijn uitgestorven, wat het moeilijk maakt om te leren van het verleden. De onderzoekers merkten ook op dat de omvang van de stamboom ertoe doet; de methoden werkten beter op zeer grote groepen met duizenden soorten en minder goed op kleinere groepen met slechts enkele honderden.

Uiteindelijk suggereert dit werk dat hoewel we wel geïnformeerde schattingen kunnen maken over welke lijnen op groei zijn ingesteld, we voorzichtig moeten zijn met de details. De instrumenten zijn nuttig om algemene trends te signaleren, zoals het identificeren van welke groepen over het algemeen actiever zijn in het creëren van nieuwe soorten, maar ze kunnen geen precieze prognose bieden. De onderzoekers vonden dat verschillende methoden verschillende sterktes hebben: sommige zijn beter in het rangschikken van soorten op basis van hun potentieel, terwijl andere beter zijn in het schatten van de werkelijke snelheid van evolutie, hoewel ze minder stabiel zijn. De studie concludeert dat het voorspellen van de toekomst van het leven mogelijk is, maar slechts in een matige mate. De resultaten hangen sterk af van de specifieke diergroep die wordt bestudeerd en de kwaliteit van de beschikbare gegevens, wat eraan herinnert dat het verhaal van het leven wordt geschreven met een mix van voorspelbare patronen en onvoorspelbaar toeval.