Det nya måttet, som kallas "evolutionärt arv", belyser vikten av unika artegenskaper – som inkluderar fysiologiska anpassningar, som näbbvariationer hos olika fåglar – när man bedömer livets rikedom och komplexitet.
Detta är särskilt viktigt inför snabbt föränderliga tryck på vår världs biologiska mångfald. Det kan också hjälpa till att svara på bestående debatter på området, som huruvida "levande fossiler" – arter som lungfisken, som inte verkar ha förändrats på miljontals år – fortfarande utvecklas.
Forskare från Imperial College London, Zoological Society of London och University of Canterbury, Nya Zeeland har föreslagit det nya måttet för att fånga ackumuleringen och förlusten av specifika evolutionära egenskaper genom tiden.
Under ledning av professor James Rosindell från Institutionen för livsvetenskaper vid Imperial publiceras teamets resultat i tidskriften Systematic Biology .
"Sättet vi mäter biologisk mångfald innefattar inte bara artrikedom utan också rikedomen av evolutionärt nedärvda egenskaper som ofta tas för givna", säger professor Rosindell.
Det finns många sätt att kvantifiera hur biologisk mångfald ett ekologiskt samhälle är. En av de enklaste består bara av att räkna antalet olika arter som finns.
Men på 1990-talet skedde ett skifte till att fokusera på evolutionär historia som tar hänsyn till de evolutionära avstånden mellan arter – hur nära de är släkt.
Föreställ dig ett träd av allt liv på jorden, där olika grenar representerar olika evolutionära linjer. Bladen som hänger på grenarna är de aktuella arterna vi observerar idag.
Evolutionshistoria beräknas genom att överväga en uppsättning arter och lägga ihop alla grenar som förbinder dessa arter med en gemensam förfader. Tanken är att två arter som är mer avlägset besläktade är mer sannolikt att skilja sig från varandra än arter som avvikit från varandra relativt nyligen.
En nackdel med fylogenetisk mångfald är dock att den ofta misslyckas med att helt fånga funktionella egenskaper som gör arter fysiskt och ekologiskt olika varandra.
Arter kan vara nära besläktade, men har mycket olika egenskaper, som asiatiska och afrikanska elefanter som har utvecklats för att anpassa sig till sina olika miljöer. Afrikanska elefanter har större öron och fler rynkor på huden som hjälper dem att utstråla mer värme. Det är här det evolutionära arvet kommer in.
"Med evolutionärt arv försöker vi fånga alla unika egenskaper som vi förväntar oss måste existera och som kan ha alla möjliga viktiga användningsområden, men som ännu inte är formellt identifierade och mätta", säger professor Rosindell.
Evolutionärt arv innefattar inte bara ackumuleringen av biologiska egenskaper över tid, utan också deras förslitning – den gradvisa förlusten av egenskaper genom andra mekanismer än utrotning.
Arter skiljer sig inte bara från varandra genom att få nya egenskaper längs sina evolutionära grenar, utan de förlorar också egenskaper som de båda ärvt från sin gemensamma förfader.
Denna process kan fångas genom beräkningar eller simuleringar som använder en algoritm som tillskriver en slumpmässig chans att få eller förlora en befintlig egenskap.
"Vi har fångat något som vi alltid har brytt oss om inom evolutionär biologi men har kämpat för att förstå matematiskt", säger medförfattaren Dr. Will Pearse från Institutionen för livsvetenskaper vid Imperial.
"Fylogenetisk mångfald påstods också vara en proxy för mångfald av egenskaper, men den ignorerar att egenskaper inte bara uppstår utan också går förlorade i ett evolutionärt träd", säger medförfattaren professor Mike Steel, en biomatematiker från University of Canterbury.
Han sa, "Evolutionärt arv är ett sätt att hantera denna vinst- och förlustprocess på ett integrerat och matematiskt naturligt sätt."
Teamet tillämpade sitt ramverk för att lösa en långvarig evolutionär debatt kring det kontroversiella konceptet "levande fossiler." Traditionellt betraktas levande fossil som arter som verkar ha förändrats lite under långa geologiska perioder, och de har ofta bibehållit en stark fysisk likhet med sina gamla förfäder.
Men många forskare ogillar termen eftersom den antyder att de arter vi ser idag är bokstavligen identiska med sina förfäder. Professor Rosindell sa:"Den idén är felaktig; evolutionen kan inte bara "stänga av." Organismer kommer att fortsätta att mutera och alla kommer inte att överleva för att fortplanta sig, så evolution kommer att ske."
Evolutionärt arv erbjuder en ny lins för att förstå levande fossiler. Det nya ramverket definierar och identifierar levande fossiler genom den förutspådda unikheten och sällsyntheten hos deras evolutionära egenskaper snarare än deras ytliga likhet med forntida arter.
Tidningen skisserar en metod där levande fossil inte identifieras genom deras totala förfädersdrag utan genom unikheten eller sällsyntheten hos dessa egenskaper bland andra levande arter som härstammar från samma förfader.
"Om vi tänker på en uppsättning förfäders särdrag, kommer vissa inte att överleva alls, vissa kommer att överleva i ett mycket litet antal levande arter, och andra kan observeras i tusentals härstammande arter idag," sa professor Rosindell.
"Det är arten med de sällsynta förfädernas egenskaper som hoppar ut och blir märkta som levande fossil enligt vår metod," sa han.
Teamet arbetar nu med att validera sina idéer med hjälp av genetiska data och egenskaper, samt vidareutveckla sina modeller för potentiell användning i naturvårdstillämpningar och ekologisk forskning.
Mer information: James Rosindell et al, Phylogenetic Biodiversity Metrics Should Account for Both Accuulation and Attrition of Evolutionary Heritage, Systematic Biology (2023). DOI:10.1093/sysbio/syad072
Journalinformation: Systematisk biologi
Tillhandahålls av Imperial College London
