過去的生物是什麼樣子的？它們是如何出現，又如何演變成現在的樣子的？這些問題是許多古生物學家、進化生物學家等想要探索的問題。他們試圖通過研究這些問題來了解那些驅動了進化的過程。
然而，研究過去的生物並非一件易事，它需要大量的化石樣本。但現實卻是，絕大多數物種的化石都非常稀缺，對於一些如細菌一類的物種來說，化石樣本甚至根本不存在。因此，科學家不得不轉而從系統發育出發，用可以描述一組當代物種的基因模式的樹狀圖，來估計物種形成率和物種滅絕率。
然而，在一篇近期刊登於《自然》雜誌的發文章中，來自美國俄勒岡大學的進化生物學家Stilianos Louca，以及來自加拿大英屬哥倫比亞大學的動物學家
Matthew Pennell，對這種長期以來被用於重建進化路徑的重要方法提出了挑戰，他們認為，這種方法存在嚴重缺陷。 這種基於系統發生的方法，會根據已經發現的化石樣本和倖存下來的物種數量，對不同時期出現和消失的物種數量，以及這些物種的最小年齡和最大年齡進行估計。這在本質上其實是通過現有物種之間的進化關係，以及利用基因數據，估算出物種形成率和物種滅絕率，從而創建出隨時間演變的進化樹。
○ 進化樹示例。| 圖片參考來源：Nature
過去的物種形成率和物種滅絕率決定了當時的各種物種的數量。根據任意一個系統發育，研究人員可以創建出一幅與之對應的譜系-時間圖。這幅圖記錄了在這個進化樹中，截止到不同時間點時的譜系累積數量。
基於這些數據，研究人員可以擬合得出一條譜系-時間曲線，而這條的曲線斜率就代表了淨物種形成率（λ）；它等於物種形成率（b）和物種滅絕率（d）之差，即 λ = b - d。
○ 譜系-時間曲線圖。| 圖片參考來源：Nature
而新的研究正是認為，問題出在了對b和d的估算上。舉例來說，鳴禽（雀形目）物種約有6600個，佔現存鳥類物種的一半以上。通過這個數據，我們可以說與其他鳥類相比，鳴禽的物種形成率很高；但與此同時，還有一種可能性是——鳴禽的滅絕率很低。也就是說，任意一對能給出相同的λ值的b和d組合，都能產生相同的譜系-時間曲線。它表明這樣的b和d組合可以存在無數對，這為提取物種形成率和滅絕率的信息帶來了很大的不確定性。因為它意味著，同一個情況可以是由無數種物種形成和物種滅絕情況的組合造成的。
Louca和Pennell指出，要想簡單地利用譜系-時間曲線的形狀特徵來估算淨物種形成率λ，一個前提是需要假設這兩種速率（b和d）在整個進化樹的時間跨度內都是恆定的。而事實卻是，在系統發育的不同分支（譜系）之間，這兩個數字幾乎會不斷地隨時間變化。這就是新研究用數學所闡明的問題，它表明：我們無法對“
時變”的物種形成和滅絕率進行估計。論文中提到了一個關於有79874個物種的種子植物例子。他們發現，無論是其物種形成率和物種滅絕率一起隨時間逐漸增加，還是一起隨時間逐漸減小，都能很好地描述這樣一個含有79874個種子植物物種的系統發育。在另外一些例子中，他們還列舉了無論物種形成率和物種滅絕率隨時間的變化很大，還是它們是確定的，都能為同一個譜系-時間模型提供很好的描述。
這樣的結果無疑對那些使用系統發育樹數據來重建物種類群，以及試圖在環境因素與物種滅絕率之間建立相關性等的研究造成了很大的衝擊。更加雪上加霜的是，Louca和Pennell發現，這種對物種形成率和物種滅絕率的估算的侷限性，並不會隨著系統發育樹的增大而消失。除非出現某一組物種從未經歷過任何滅絕的情況，才可能使得對物種形成率的估計變得會很簡單，但這樣的情況是很少見的。
除此之外，擁有更加豐富的化石記錄或許會對這種方法有所幫助，因為它們可以為估計物種滅絕率提供更多證據。然而事實卻是，化石樣本鮮有豐富的情況。
但是從樂觀的角度來看，這樣的結果可以使進化生物學家重新思考什麼是可以被知道的，它並不代表研究人員從此就要放棄物種形成-滅絕率這種方法。在論文中，Louca和Pennell提出了一個新的參數，這個參數可以衡量時間-譜系圖的確定性模型的變化率，雖然它未必能為那些沒能存活下來的物種提供更多的信息，但卻有可能幫助我們理解造成了鮮有物種存活下來的情況的進化過程。
而這項研究結果所帶來的一個更深層啟示是：無論是研究物種的形成和滅絕，還是試圖重建遠古生物的特徵，研究人員都需要意識到，在缺乏化石的情況下，他們推斷出的所有進化過程都是由那些在最終存活了下來，或者演化成了其他後代的物種所留下來的。沒有人能確定那些已經滅絕的物種究竟發生了什麼。這似乎是從進化的角度，詮釋了什麼叫“歷史是由勝利者書寫的”。
參考來源：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01021-4#ref-CR3
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2176-1
https://around.uoregon.edu/content/researchers-find-flaws-how-scientists-build-trees-life
