Inteligența artificială detectează modele surprinzătoare în extincția biologică în masă a Pământului

Un nou studiu aplică învățarea automată a înregistrărilor fosile pentru a vizualiza istoria vieții, arătând efectele evenimentelor evolutive majore. Aceasta ilustrează efectele evolutive și ecologice pe termen lung ale evenimentelor majore de dispariție și ale speculațiilor. Culorile reprezintă perioadele geologice de la Tonian, începând cu 1 miliard de ani în urmă, în galben, până la actuala perioadă cuaternară, prezentate în verde. Tranziția culorii roșu-albastru marchează sfârșitul dispariției în masă permiană, unul dintre cele mai deranjante evenimente din înregistrările fosile. Credit: J. Hoyal Cuthill și N. Guttenberg

Ideea că extincția în masă permite evoluarea multor noi tipuri de specii este un concept central în evoluție, dar un nou studiu care folosește inteligența artificială pentru a explora înregistrările fosile constată că acest lucru este rar cazul și trebuie să existe o altă explicație.

Reperul Opus Charles Darwin, Despre originea speciilor, încheie cu un rezumat hilar al teoriei sale a evoluției, „Măreția în această viziune a vieții, cu numeroasele sale puteri, a fost inițial respirată în câteva forme sau într-una; și, în timp ce această planetă a mers pe bicicletă în conformitate cu legea gravitației fixă, de la începuturile sale simple, cele mai frumoase și minunate forme nesfârșite au evoluat și sunt în curs de dezvoltare. ”

De fapt, oamenii de știință știu acum că majoritatea speciilor care au existat vreodată au dispărut. În cea mai mare parte, această dispariție a speciilor este în general echilibrată de originea altora noi în istoria Pământului, cu câteva dezechilibre majore temporare pe care oamenii de știință le numesc evenimente de extincție în masă. Oamenii de știință au crezut de mult că extincția în masă creează perioade productive de evoluție a speciilor, sau „radiații”, un model numit „distrugere creativă”. Un nou studiu condus de oamenii de știință afiliați la Institutul de Științe ale Vieții Pământului (ELSI) de la Tokyo Institute of Technology a folosit învățarea automată pentru a explora coincidența speciilor fosile și a constatat că radiațiile și dispariția sunt rareori implicate și atât de rare. dispariția în masă rar. provoacă radiații de scară comparabilă.

Distrugerea creativă este esențială pentru conceptele clasice de evoluție. Pare clar că există perioade în care multe specii dispar brusc, și multe specii noi apar brusc. Cu toate acestea, radiațiile la o scară relativă la dispariția în masă, pe care acest studiu le numește, prin urmare, radiații de masă, au primit mult mai puține analize decât evenimentele de dispariție.

Acest studiu a comparat efectele dispariției și ale radiațiilor în perioada pentru care sunt disponibile fosilele, așa-numitul Eon Fanerozoic. Panozoicul (din limba greacă care înseamnă „viață emergentă”), reprezintă cea mai recentă perioadă de ~ 550 de milioane de ani din totalul Pământului ~ 4,5 miliarde de ani și este semnificativ pentru paleontologi: pre-perioadă majoritatea organismelor care existau conțineau microbi care nu formau cu ușurință fosile, astfel încât înregistrarea evoluției anterioare este dificil de observat.

Noul studiu sugerează că distrugerea creativă nu este o descriere bună a modului în care speciile au provenit sau au dispărut în timpul peruvianului și sugerează că multe dintre cele mai extraordinare perioade de radiații evolutive au avut loc atunci când viața a intrat în sfere noi evolutive și ecologice, cum ar fi în timpul Cambrianului. explozia diversității animale și extinderea carbonului din biomasa forestieră. Nu se știe dacă acesta este cazul pentru anii anteriori ~ 3 miliarde dominate de microbi, deoarece lipsa informațiilor înregistrate despre un soi atât de antic nu a permis o analiză similară.

Paleontologii au identificat o mână dintre cele mai grave evenimente de extincție în masă din înregistrările fosile fenozoice. Acestea includ în principal cele cinci extincții masive majore, cum ar fi extincția în masă a Permianului, unde se estimează că mai mult de 70% din specii au dispărut. Biologii au sugerat acum că s-ar putea să intrăm acum într-o „A șasea extincție în masă”, despre care cred că este cauzată de activitatea umană, inclusiv de vânătoare și schimbările de utilizare a terenului cauzate de extinderea agriculturii. Un exemplu frecvent citat al extincției în masă anterioare „Big Five” este Cretacic-Unul (de obicei prescurtat ca „KT”, folosind ortografia germană Cretacic) pare să fi fost cauzat când meteoritul Pământului a lovit în urmă cu ~ 65 de milioane de ani, ștergând dinozaurii non-păsări.

În timp ce observau înregistrările fosile, oamenii de știință au ajuns la concluzia că evenimentele de dispariție în masă produc radiații deosebit de productive. De exemplu, la uciderea dinozaurilor KT, în mod convențional, sa presupus că a fost creat teren abandonat, care a permis organismelor precum mamiferele să se integreze și să „radieze”, permițând evoluția noilor specii de mamifere de toate tipurile, prin pune bazele în cele din urmă. pentru apariția ființelor umane. Adică, dacă incidentul KT al „distrugerii creative” nu s-ar fi întâmplat, s-ar putea să nu fim aici pentru a discuta această întrebare.

Noul studiu a început cu o discuție întâmplătoare în „Agora” a ELSI, o mare cameră comună în care oamenii de știință și vizitatorii ELSI mănâncă adesea prânzul și au conversații noi. Doi dintre autorii lucrării, biologul evoluționist Jennifer Hoyal Cuthill (acum cercetător la Universitatea din Essex din Marea Britanie) și fizician / expert în învățare automată Nicholas Guttenberg (acum cercetător la Cross Labs care lucrează împreună cu GoodAI Republica Cehă), care erau amândoi cărturari postdoctorali la ELSI când au început lucrările, punând în discuție întrebarea dacă învățarea automată ar putea fi utilizată pentru a vizualiza și a înțelege înregistrările fosile.

În timpul unei vizite la ELSI, chiar înainte de COVID-19 pandemia a început să limiteze călătoriile internaționale, au lucrat febril pentru a-și extinde analiza pentru a explora corelația dintre evenimentele de dispariție și radiații. Aceste discuții le-au permis să relaționeze noile lor date cu lărgimea ideilor existente despre dispariția în masă și radiații. Au descoperit rapid că modelele evolutive identificate cu ajutorul învățării automate diferă în moduri cheie de interpretările tradiționale.

Echipa a folosit o nouă aplicație de învățare automată pentru a explora coincidența oportună a speciilor din înregistrările fosile fenozoice, examinând peste un milion de înregistrări într-o imensă bază de date publică curată, incluzând aproape două sute de mii de specii.

Autorul principal, Dr. Hoyal Cuthill, „Unele dintre cele mai provocatoare aspecte ale înțelegerii istoriei vieții sunt scările imense de timp și numărul de specii implicate. Noile aplicații de învățare automată ne pot ajuta, permițându-ne să vizualizăm aceste informații într-un format lizibil de către om. Acest lucru înseamnă că, cum ar fi, putem surprinde o jumătate de miliard de ani de evoluție în palmele mâinilor noastre și putem obține noi informații despre ceea ce vedem. “

Folosind metodele lor obiective, au descoperit că „cele cinci mari” evenimente de dispariție în masă identificate anterior de paleontologi au fost identificate prin metodele de învățare automată ca fiind în top 5% din perturbări semnificative în care dispariția a depășit radiațiile sau radiațiile. invers, plus șapte extincții de masă suplimentare, două evenimente combinate de radiații de extincție în masă și cincisprezece radiații de masă. În mod surprinzător, spre deosebire de narațiunile anterioare care subliniază importanța radiațiilor post-extincție, această lucrare a constatat că cele mai mari radiații de masă și extincție din timp au fost rareori cuplate, respingând noțiunea unei relații cauzale între ele.

Coautor Dr. Nicholas Guttenberg, „ecosistemul este dinamic, nu trebuie neapărat să spargi o piesă existentă pentru a permite să apară ceva nou”.

Echipa a mai descoperit că radiațiile ar putea provoca modificări majore ecosistemelor existente, idee pe care autorii o numesc „creație distructivă”. Au descoperit că, în medie, în timpul panozoicului Ehan, speciile care au format un ecosistem la un moment dat au dispărut aproape toate 19 milioane de ani mai târziu. Dar atunci când are loc extincția în masă sau radiațiile, această rată de rotație este mult mai mare.

Aceasta oferă o nouă perspectivă asupra modului în care apare „a șasea extincție” modernă. Perioada cuaternară, care a început acum 2,5 milioane de ani, a cunoscut tulburări climatice repetate, inclusiv schimburi dramatice de glaciație, perioade în care locațiile cu latitudine mare erau pe Pământ, acoperite cu gheață. Aceasta înseamnă că actuala „A șasea dispariție” erodează biodiversitatea care a fost deja perturbată, iar autorii sugerează că vor dura cel puțin 8 milioane de ani pentru a reveni la media pe termen lung de 19 milioane de ani. Dr. Hoyal Cuthill afirmă că „fiecare dispariție care are loc la supravegherea noastră îndepărtează o specie, care poate exista de milioane de ani până în prezent, ceea ce face mai dificilă procesul normal de„ origine a speciei noi ” înlocuiți ceea ce este pierdut. ”

Referință: „Efectele speculației și dispariției măsurate de un ceas de descompunere evolutivă” de Jennifer F. Hoyal Cuthill, Nicholas Guttenberg și Graham E. Budd, 9 decembrie 2020, Natură.
DOI: 10.1038 / a41586-020-3003-4

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ingineria interfeței limită între materialele 2D și 3D

din David L. Chandler, Institutul de Tehnologie din Massachusetts 2 martie 2021 Aceste imagini ale „insulelor” atomilor de aur depuse într-un strat bidimensional de sulfură de...

Cipul microfluidic simplifică testarea COVID-19, oferă rezultate pe un telefon în 55 de minute sau mai puțin

Nanobeads programate sunt asociate cu un telefon mobil exterior și instrumentul de diagnosticare plug-in poate diagnostica COVID-19 în 55 de minute sau mai puțin,...

O mușcătură puternică, mortală, foarte rapidă a unei furnici Trap-maxilar

Micile schimbări de formă pot duce la inovații în funcție, arată un nou studiu. Cercetătorii au dezvăluit modul în care o capcană de furnici -...

Recenziile școlare parentale sunt legate de indicatorii demografici și rezultatele testelor, nu de performanța școlară

Comentariile părinților au reflectat diferențele dintre rasă și venituri în școlile publice de K-12. Prima analiză a comentariilor părinților despre școlile publice din K-12 din...

Un aisberg masiv – de 10 ori mai mare decât San Francisco – rupe raftul principal de gheață din Antarctica

Noile imagini radar captate de misiunea Copernicus Sentinel-1 arată o aisberg de 1.270 km² care se relaxează și se îndepărtează rapid de raftul de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.