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Quantifying the living fossil concept

Dominic J. Bennett, Mark D. Sutton, and Samuel T. Turvey

Plain Language Abstract

“Living fossil” is a term used in common parlance to describe an ancient organism that may have survived for millions of years with little change. Among palaeontologists, however, the term is controversial as, being so broad, multiple interpretations are possible. How much change is little change? How old is ancient? And what even constitutes a “change”? Recently, many have argued that the term should be abandoned because of its lack of clarity. In this paper, we instead propose a quantitative definition for the living fossil based around measurable variables most often associated with the term. We combine these variables into a single metric that we term the Evolutionary Performance Index (EPI). We calculated the EPI scores for over 24,000 different groups across all multi-cellular life. Among the most “living-fossil” clades were the coelacanths, tuatara and the gingko (the maidenhair tree). With this open, large, objective listing of living fossils, we hope to enable future researchers to better test what might be the potential causes for some organisms to experience less evolutionary change than others.

Resumen en Español

Cuantificando el concepto de fósil viviente

"Fósil viviente" es una expresión polémica, a menudo utilizada para identificar clados que han experimentado un cambio evolutivo particularmente poco intenso. Muchos de los problemas asociados con la expresión se deben a la falta de una definición clara. Hasta la fecha, la mayoría del trabajo realizado sobre este fenómeno ha sido principalmente cualitativo, lo que ha conducido a una lista de fósiles vivientes en la que cada uno ha sido seleccionado por razones diferentes. Esta falta de uniformidad en la identificación de los fósiles vivientes dificulta la evaluación de la ubicuidad, la claridad y las posibles causas del fenómeno. Un enfoque alternativo es usar una métrica cuantitativa que coincida con las interpretaciones más comunes de "fósil viviente" para generar un listado menos subjetivo. Aquí presentamos el Índice de Expresión Evolutiva (EPI en inglés); este índice se puede calcular a lo largo de todo el árbol de la vida y permite comparaciones adecuadas entre grupos taxonómicos. Con este índice, hemos calculado una expresión cuantitativa del cambio para más de 24.000 clados dentro de Metazoa y Embryophyta. Muchos fósiles vivientes bien conocidos figuran entre los clados de expresión más baja, por ejemplo, los celacantos, los ginkgos, los tuátaras, así como grupos que previamente se han pasado por alto. Al basar la definición dentro de un marco estrictamente cuantitativo, los futuros investigadores estarán en mejores condiciones de probar las causas y la relevancia del fenómeno.

Palabras clave: fósil viviente; distinción evolutiva; expresión evolutiva; índice de expresión evolutiva

Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)

Résumé en Français

Quantifier le concept de fossile vivant

« Fossile vivant » est un terme controversé fréquemment utilisé pour identifier des clades qui ont expérimenté particulièrement peu de changements évolutifs. Les nombreux problèmes associés avec le terme sont généralement dus à un manque de définition claire. À ce jour, la majorité des travaux sur ce phénomène ont été principalement qualitatifs, résultant en une liste de fossiles vivants tous sélectionnés en se basant sur des raisons différentes. Cette non-uniformité dans l’identification des fossiles vivants rend l’ubiquité, la clarté, et les causes potentielles du phénomène difficiles à évaluer. Afin de générer une liste moins subjective, une approche alternative est d’utiliser une métrique quantitative qui correspond aux interprétations les plus communes des « fossiles vivants ». Dans cet article, nous présentons l’Indice de Performance Évolutive (IPE). Cette métrique est calculable sur l’ensemble de l’arbre de la vie et permet des comparaisons pertinentes entre les groupes taxinomiques. Avec cet indice, nous avons quantifié les performances évolutives de plus de 24000 clades au sein des Metazoa et Embryophyta. De nombreux fossiles vivants bien connus sont parmi les clades avec les performances les plus basses, e.g., les cœlacanthes, les gingkos, les sphénodons, ainsi que des groupes qui avaient précédemment été négligés. En ancrant la définition dans un cadre purement quantitatif, les chercheurs seront à l’avenir capables de mieux tester les causes et la pertinence du phénomène.

Mots-clés : fossile vivant ; disparité évolutive ; performance évolutive ; index de performance évolutive

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Quantifizierung des lebende Fossilien Konzepts

“Lebende Fossilien” ist eine kontroverse Bezeichnung, mit der oft Kladen identifiziert werden, die sich evolutionär besonders wenig verändert haben. Viele der mit dieser Bezeichnung assoziierten Probleme lassen sich auf das Fehlen einer klaren Definition zurückführen. Bislang waren die meisten Arbeiten über dieses Phänomen qualitativ, was zu einer Liste von Fossilien geführt hat, von denen jedes aus verschiedenen Sorten von Gründen ausgewählt wurde. Diese Uneinheitlichkeit bei der Identifikation lebender Fossilien erschwert es Ubiquität, Klarheit und potentielle Gründe zu bewerten. Der alternative Ansatz nutzt eine quantitative Kennzahl, die mit der geläufigsten Interpretation des „lebenden Fossils“ übereinstimmt um eine weniger subjektive Liste zu erstellen. Hier präsentieren wir den Evolutionären Performance Index (EPI); diese Metrik ist über den gesamten Stammbaum kalkulierbar und erlaubt einen angemessenen Vergleich zwischen den taxonomischen Gruppen. Mit diesem Index berechneten wir die Performance-Werte für über 24 000 Taxa innerhalb der Metazoa und Embryophyta. Viele bekannte lebende Fossilien rangierten unter den sich wenig verändernden Kladen wie Coelacanthier, Gingkos oder Tuataras aber auch Gruppen die bisher übersehen wurden. Indem die Definition in einen strengen quantitativen Rahmen gesetzt wurde, werden künftige Forscher besser Ursache und Bedeutung des Phänomens testen können.
Schlüsselwörter: lebendes Fossil; evolutionäre Eindeutigkeit; evolutionäre Performance; evolutionärer Performance Index

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

 

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