Under hela livets historia på jorden, biologisk mångfald har gått igenom ebbar och floder - perioder av snabb evolution och dramatiska utrotningar. Vi vet detta, åtminstone delvis, genom fossilregistret över marina ryggradslösa djur som lämnats kvar sedan den kambriska perioden. Anmärkningsvärt, extrema händelser av diversifiering och utrotning inträffar oftare än en typisk, Gaussisk, distribution skulle förutsäga. Istället för den typiska klockformade kurvan, fossilregistret visar en fettsvansfördelning, med extrema, uteliggare, händelser som inträffar med högre sannolikhet än förväntat.

Medan forskare länge har känt till detta ovanliga mönster i fossilregistret, de har kämpat för att förklara det. Många slumpmässiga processer som sker under lång tid med stora urvalsstorlekar, från processer som producerar skolbetyg till höjd bland en befolkning, konvergera på den vanliga gaussiska fördelningen. "Det är en mycket rimlig standardförväntning, " säger Santa Fe Institute Omidyar Fellow Andy Rominger. Så varför visar inte fossilregistret detta vanliga mönster?

I en ny tidning publicerad i Vetenskapens framsteg , Rominger och kollegor Miguel Fuentes (San Sebastián University, Chile) och Pablo Marquet (Pontifical Catholic University of Chile) har tagit ett nytt tillvägagångssätt för att ta itu med denna fråga. Istället för att bara försöka beskriva fluktuationer i biologisk mångfald mellan alla typer av organismer, de tittar också på fluktuationer inom clades, eller grupper av organismer som delar en gemensam släktlinje.

"Inom en linje av närbesläktade organismer, det borde finnas en bevarad evolutionär dynamik. Mellan olika släkter, att dynamiken kan förändras, säger Rominger. Det vill säga, inom kladdarna, besläktade organismer tenderar att hitta en effektiv adaptiv strategi och avviker aldrig för långt. Men mellan dessa klädspecifika träningstoppar finns dalar av metaforiskt obebodda utrymmen. "Det visar sig, bara åberopa den enkla idén, med lite mycket enkel matematik, beskrev mönstren i fossilregistret mycket väl."

Denna enkla matematik är verktyg som Fuentes, År 2009, används för att beskriva ett annat system med en ovanlig fettsvansfördelning:aktiemarknaden. Genom att använda superstatistik – ett tillvägagångssätt från termodynamik för att beskriva turbulent flöde – kunde Fuentes exakt beskriva de svårförutsägda dramatiska krascharna och explosionerna i värde.

"Inom biologi, vi ser dessa krascher och explosioner också, när det gäller biologisk mångfald, " säger Rominger. "Vi undrade om Fuentes eleganta tillvägagångssätt också kunde beskriva den evolutionära dynamiken vi ser i fossilregistret."

Teamet skriver att deras framgång öppnar för nya forskningsriktningar för att bättre förstå de evolutionära processer som leder till både stabila utrotningshastigheter och artbildning på livets ordnings- och familjenivå, och till avbrott som tillåter nya livsformer att växa fram.