(Phys.org) - En av de mest förvirrande sakerna med evolution är att, även efter 4 miljarder år, det har inte slutat. Istället för att kulminera i en enda bäst anpassad art, idag innehåller jorden uppskattningsvis 8,7 miljoner olika arter, som alla en dag kommer att dö ut när en mängd nya arter tar plats.

Även om forskare har försökt att modellera denna evolutionära dynamik i labbet, till exempel genom att använda system av molekyler som förändras över tid på något sätt, de flesta av dessa modeller genererar så småningom en enda dominerande art och stannar sedan. Forskare förstår fortfarande inte helt hur evolutionen fortsätter att generera nya arter, som är känt att inträffa även i avsaknad av förändrade yttre tryck.

Nu i en ny studie, ett team av fysiker har utvecklat en teoretisk och experimentell utvecklingsmodell som fortsätter utan slut, även under konstanta yttre förhållanden. Modellen kan hjälpa forskare att bättre förstå hur biosfären fortsätter att utvecklas under miljarder år.

"Vi hoppas kunna förstå de nödvändiga förutsättningarna för darwinistisk statistik - särskilt samexistensen av arter som var och en har en begränsad livstid - som uppstår med darwinistisk utveckling, "medförfattare Albrecht Ott vid Saarlands universitet i Saarbruecken, Tyskland, berättade Phys.org . "Detta verkar vara ett stort problem som forskning om livets ursprung måste ta itu med. Dessutom molekylära system kan hjälpa till att belysa mekanismer för speciering, särskilt nischarnas uppkomst och försvinnande. "

Det nya modellsystemet består av linjära DNA -polymerer av olika längder, där längden på en polymer bestämmer dess "art". Polymererna kan reproducera (skapa polymerer av samma längd) eller gå samman via det polymerbindande enzymet DNA-ligas (skapa längre polymerer, som är nya arter).

I deras experiment, forskarna började med polymerer som var 10 eller 20 baspar långa. Efter att ha utsatt dem för temperaturvariationer som främjade reproduktion och bindning i olika grader, forskarna fann att polymerer av olika längd började dyka upp.

Resultaten avslöjade att artutvecklingen beror på vilken tillväxtmekanism som dominerar. I situationer där ligeringsmekanismen dominerar, alla möjliga polymerlängder genereras (alla multiplar av 20 som börjar med en längd av 20, som 40, 60, 80, och 100 baspar och högre).

Men när reproduktionen dominerar, endast vissa längder visas (specifikt längder på 10, 20, 40, 80, eller 160 baspar), och endast under begränsade tidsperioder. Varje polymerlängd följer ett mönster där dess antal exponentiellt ökar, sedan platå, och slutligen minska, tillåter nya längder av polymerer att dyka upp.

I dessa reproduktionsdominerande situationer, utvecklingen av polymerer av olika längd har likheter med den darwinistiska utvecklingen. Som forskarna förklarar, det är dynamiken i hela systemet som väljer en viss, nya arter (längd av polymer) på ett sådant sätt att den kan använda den befintliga situationen mest effektivt för att föröka sig. Varje gång, systemet flyr från denna dominans genom att skapa en ny art som använder den nya situationen till sin fördel.

"Vi tror att vi har skapat ett modellsystem som avslöjar en dynamisk mekanism som återspeglar väsentliga drag i darwinistisk utveckling, "sa medförfattaren Karsten Kruse vid Saarlands universitet." I en reproduktionsdominerad situation, i vårt system, endast vissa typer av molekylära reproducerare förekommer:de som tjänar mest på en given situation. Dock, dessa "arter" misslyckas med att dominera situationen på grund av uppkomsten av ständigt nya andra arter. "

I framtiden, forskarna planerar att modifiera modellen så att molekylerna förvärvar funktionalitet, gör dem mer lik biologiska arter.

"Även om enkelheten i vårt system är det som utgör dess kvalitet och gör budskapet så tydligt, det är oklart hur man utformar ett mer komplext system som möjliggör nya funktioner i en darwinistisk miljö, "Sa Ott." Detta är något vi planerar att ta itu med i framtiden. "