Tout au long de l'histoire de la vie sur terre, la diversité biologique a connu des hauts et des bas, des périodes d'évolution rapide et d'extinctions dramatiques. Nous savons cela, au moins en partie, à travers les archives fossiles des invertébrés marins laissés depuis la période cambrienne. Remarquablement, les événements extrêmes de diversification et d'extinction se produisent plus fréquemment qu'un événement typique, Gaussienne, la distribution prédirait. Au lieu de la courbe typique en forme de cloche, les archives fossiles montrent une distribution à queue grasse, à l'extrême, valeur aberrante, événements se produisant avec une probabilité plus élevée que prévu.

Alors que les scientifiques connaissent depuis longtemps ce modèle inhabituel dans les archives fossiles, ils ont eu du mal à l'expliquer. De nombreux processus aléatoires qui se produisent sur une longue période avec de grandes tailles d'échantillons, des processus qui produisent des notes scolaires à la taille d'une population, convergent vers la distribution gaussienne commune. "C'est une attente par défaut très raisonnable, ", déclare Andy Rominger, membre de l'Omidyar du Santa Fe Institute. Alors pourquoi les archives fossiles n'affichent-elles pas ce schéma commun ?

Dans un nouvel article publié dans Avancées scientifiques , Rominger et ses collègues Miguel Fuentes (Université de Saint-Sébastien, Chili) et Pablo Marquet (Université pontificale catholique du Chili) ont adopté une nouvelle approche pour aborder cette question. Au lieu d'essayer de décrire uniquement les fluctuations de la biodiversité dans tous les types d'organismes, ils examinent également les fluctuations au sein des clades, ou des groupes d'organismes qui partagent une lignée ancestrale commune.

"Au sein d'une lignée d'organismes étroitement apparentés, il devrait y avoir une dynamique évolutive conservée. Entre différentes lignées, cette dynamique peut changer, " dit Rominger. au sein des clades, les organismes apparentés ont tendance à trouver une stratégie d'adaptation efficace et à ne jamais s'éloigner trop loin. Mais entre ces pics de fitness spécifiques au clade se trouvent des vallées d'espace métaphoriquement inhabité. "Il s'avère, en invoquant juste cette idée simple, avec des mathématiques très simples, décrit très bien les schémas des archives fossiles."

Ces mathématiques simples sont des outils que Fuentes, en 2009, utilisé pour décrire un autre système avec une distribution à queue grasse inhabituelle :le marché boursier. En utilisant des superstatistiques - une approche de la thermodynamique pour décrire un écoulement turbulent - Fuentes a pu décrire avec précision les accidents dramatiques et les explosions de valeur difficiles à prévoir.

« En biologie, nous voyons aussi ces crashs et explosions, en termes de biodiversité, " dit Rominger. " Nous nous sommes demandé si l'approche élégante de Fuentes pouvait également décrire la dynamique évolutive que nous voyons dans les archives fossiles. "

L'équipe écrit que leur succès ouvre de nouvelles directions de recherche pour mieux comprendre les processus évolutifs qui conduisent à la fois à des taux stables d'extinction et de spéciation aux niveaux de l'ordre et de la famille de la vie, et aux interruptions qui permettent à de nouvelles formes de vie d'émerger.