2024-08-06
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
Kuulostaapa "ennustaminen" idässä tai lännessä taikauskoiselta ja salaperäiseltä asialta, mutta kun tämä sana ilmestyy tutkijoiden maailmaan, sen merkitys tulee "tunnetun tiedon induktiivisen analyysin kautta, spekuloimalla elämänmuotojen kehityksestä. ” Tiedemiehet voivat "ennustaa" ja tehdä tieteellisiä johtopäätöksiä - eri eläinten erilainen ulkonäkö voi todellakin vaikuttaa niiden kohtaloon, jos ne kuolevat sukupuuttoon.
Kesäkuussa 2024 Kiinan geotieteiden yliopiston (Wuhan) Earth Sciences -koulun professori Song Haijun johti ryhmää, joka teki tutkimuksen "ennusteista" fossiileille.
He käyttivät syväoppimisteknologiaa ja automaatiomenetelmiä, joita me kutsumme tekoälyksi, tutkiakseen biologisten muotojen kehitystä historian suurimman sukupuuttotapahtuman - permi-triaskauden sukupuuttotapahtuman - aikana, paljastaen, kuinka tässä "maailmaa tuhoavassa" massasukuttomassa kuinka meren olentojen erilainen "ulkonäkö" määrää heidän kohtalonsa.
Kumpi selviytyisi todennäköisemmin massasukuttomasta, jättiläisdinosaurukset vai pienet mesozoiset nisäkkäät? Kysymys voi olla helppo, mutta olisiko johtopäätös sama muille organismeille tai muille massasukuttomuuksille?
(Kuvan lähde: Wikipedia)
Maan historiassa on sattunut viisi massasukupuuttotapahtumaa, joista tunnetuin saattaa olla asteroidien törmäys maapallolle liitukauden lopussa. Se oli luultavasti syynä kaikkien korkeiden ja voimakkaiden sukupuuttoon dinosaurukset siihen aikaan. Matalat nisäkkäät selvisivät hengissä, ja yksi laji kehittyi lopulta meistä ihmisistä.
Itse asiassa tämä tosiasia osoittaa, että liitukauden lopun sukupuuttoon sukupuuttoon kuoleminen tai ei liittyi läheisesti "ulkonäköön", eli eläimen muotoon - suuremmaksi kasvaneet eläimet tarvitsivat enemmän ruokaa ja olivat todennäköisemmin. kuolla nälkään sukupuuton aikana.
Kuitenkin historian vakavimman massasukupuuttotapahtuman, noin 252 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneen Permin lopun massasukupuuttotapahtuman osalta eläinten morfologian ja sukupuuttoon kuolemisen välinen korrelaatio on vähemmän selvä. Tämä massasukupuutto tunnetaan "massasukupuuttojen äitinä", jonka seurauksena jopa 96 % meren eläimistä, mukaan lukien kuuluisat trilobiitit ja hevosenkenkäravut, katosi.
Permin lopulla tapahtunut massasukupuutto oli historian vakavin massasukupuutto, ja kuuluisat trilobiitit katosivat tässä sukupuuttoon.
(Kuvan lähde: Wikipedia)
Tämä sukupuuttotapahtuma kesti pitkään ja tapahtui kahdessa vaiheessa, asteittainen vaihe, joka kesti noin miljoonia vuosia ja huippujakso viimeisen miljoonan vuoden aikana. Jotkut eläimet kuolevat sukupuuttoon asteittaisessa vaiheessa, kun taas monet kuolevat sukupuuttoon huippuvaiheessa, kuten pienten äyriäisten ja ostracodan (Ostracoda) massasukupuuttoon sekä suurten, paikallaan olevien suodattimella ruokkivien käsijalkaisten (Brachiopoda) massasukupuuttoon. Ero on 720 000 - 1,22 miljoonaa vuotta.
Koska eri tyyppisten eläinten sukupuuttoon kuolleiden syyt ja ajat ovat epäjohdonmukaisia, ja sukupuuttoon kuolleita ihmisiä on paljon, lähes kaikki eläimet ovat kuolleet sukupuuttoon. Vain pieni määrä lajeja on selvinnyt onnistuneesti tästä kriisistä muodon ja sukupuuttoon liittyvää korrelaatiota ei voida yksinkertaisesti päätellä. Siksi tiedemiehillä ei ole aiemmissa tutkimuksissa ollut varmaa vastausta siihen, oliko tämä sukupuuttoon menevä tapahtuma selektiivinen eläinten morfologian kannalta.
Itse sukupuuttotapahtuman monimutkaisuuden lisäksi myös tekniset rajoitukset rajoittavat tutkijoiden tutkimusta permikauden lopun sukupuutosta.
Aikaisemmin sukupuuttoon kuolemisen ja morfologian välisen suhteen tutkiminen vaati tutkijoita manuaalisesti analysoimaan fossiilista morfologiaa. Heidän täytyi vertailla jokaista fossiilikuvaa vertaillakseen saman muotoisia paleontologisia olentoja ennen sukupuuttotapahtumaa ja sen jälkeen (kuten esim. terävät, terävät, sileät, ohuet ja litteät, leveät ja pyöreät kuoret) luokitellaan vastaavasti, ja tarkkaile, muuttuuko samanmuotoisten eläinten osuus ennen sukupuuttotapahtumaa ja sen jälkeen.
Tällaisen "perinteisen tutkimuksen" tuloksiin vaikuttavat suuresti tutkijoiden valitsemat tutkimuskohteet ja käytetyt tutkimusmenetelmät.
Esimerkiksi tutkimukset, joissa käytettiin perinteisiä morfologisia kuvausmenetelmiä, ovat osoittaneet, että ammonoidien ( nautiluksen kaukainen sukulainen) morfologiset erot vähenivät vain vähän sukupuuttotapahtuman aikana, mikä viittaa siihen, että sukupuuttotapahtuma ei ollut morfologisesti valikoiva, päinvastoin, käytettäessä muita tutkimusmenetelmiä, esim. Kattava diskreettien piirteiden analyysi (kattava analyysi, joka perustuu morfologisten muutosten maksimi- ja minimialueeseen, datan varianssien summaan ja datan mediaaniin) osoittaa, että ammoniittien morfologinen monimuotoisuus väheni merkittävästi sukupuuttoon kuolemisen aikana, mikä tukee morfologista valintaa. sukupuuttoon liittyvä tapahtuma.
Tarkempien johtopäätösten tekemiseksi on oltava riittävän suuri otoskoko ja käytettävä tarkempia analyysimenetelmiä. Tämän tyyppisessä big data-analyysissä syntyvällä tekoälytekniikalla on epäilemättä suuri potentiaali.
Tämän tavoitteen saavuttamiseksi professori Song Haijunin tiimi kehitti DeepMorph-nimisen analyysiprosessin, joka yhdistää syväoppimistekniikan kuvien piirteiden poimimiseen geometrisiin morfometrisiin menetelmiin, jotka analysoivat automaattisesti fossiilisten näytteiden ääriviivat ja yksinkertaistavat sitä tehokkaasti kaksiulotteinen tasokuva, mikä erottaa selvästi eri morfologiset tyypit ja toistaa tämän prosessin useiden näytteiden avulla.
Tätä tarkoitusta varten professori Song Haijunin ryhmä kokosi kattavan tietokannan, joka sisältää kuvia kuuden laajalti tallennetun meren paleontologisen organismin fossiilisista näytteistä Permin lopun massasukupuuton aikana, mukaan lukien ammonoidit, nautiluksen lähisukulaiset, joilla oli kaksinkertainen kuori. , suodattimella ruokkivat käsijalkaiset, ostrakodit, joissa on kaksi katkarapunyytiä, simpukat (simpukat) ja kotijalkaiset (etanat) ja selkärankaiset, joilla on terävät hampaat.
Tämä tietokanta sisältää 599 sukua, joita edustaa 656 kuvaa ennen sukupuuttotapahtumaa ja sen jälkeen ja jotka kattavat myöhäisen permin Changxingin vaiheen varhaisen triaskauden intiaanivaiheeseen 254,14 miljoonan vuoden takaa 250,7 miljoonaan vuoteen, mikä tarjoaa vahvan suurdatan tuen Tekoälyn syvä oppiminen.
a: Julkaisuista kerätyt DeepMorph-tyyppinäytekuvat muunnetaan binäärimuotoon U2-Net-mallisegmentoinnin avulla, minkä jälkeen fossiiliset ääriviivat ja morfologiset piirteet poimitaan ja sisällytetään tietokantaan. b: Muunna morfologia monimuuttujaksi normaalijakaumadataksi c: Käytä monimuuttujaa normaalijakaumadataa suorittaaksesi valikoivan ekstinktiosimuloinnin ja muodosta lopuksi valikoivan kuvion ekstinktiokuviokaavio.
(Kuvan lähde: Viite 1)
DeepMorphin tietojen analyysi on samanlainen kuin diskreetin ominaisuuden analyysi. Alueiden summa (SOR), kaikki datan miehittämät alueet, määräytyy esimerkiksi erityisimmän muodon mukaan, karkein kuori on 0, ja vaihteluväli on 0 -10), varianssin summa (SOV, kunkin datan varianssien summa ja keskiarvo, joka ilmaisee datan monimuotoisuuden) ja sentroidipaikka (POC, datan mediaani) analyysi keinona päättele sukupuuttoon liittyvien tapahtumien selektiivisyys morfologian perusteella.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että ulkonäön ja kohtalon välinen suhde ei ole sama eri eläinryhmissä. Joukkosukuppuuton aikana sukupuuttoon kuolleet lajit useimmissa fylaissa olivat suuria eläimiä, joilla oli monimutkaisia tai vahvoja kuorikoristeita (kuten piikit, kylkiluut ja kasvaimet), kun taas konodontit eivät osoittaneet merkkejä morfologisesta valikoivasta sukupuuttoon.
Ennen sukupuuttotapahtumaa ja sen jälkeen ammoniitit kuolivat sukupuuttoon pääasiassa niiden kuorien monimutkaisten ja erittäin koristeellisten rakenteiden vuoksi. Tämä näkyy tiedoissa, ja enemmän sukupuuttoja tapahtui keskipisteen toisella puolella, jota kutsutaan epäsymmetriseksi valikoivaksi sukupuutoksi.
Ceratitida ja Prolecanitida, joiden kuoret ovat litteitä, sileitä ja vähemmän koristeellisia, selvisivät massasukupuutosta ja kehittyivät nopeasti moniksi uusiksi tyypeiksi, mutta myös uusien tyyppien muodot säilyttivät yleensä tasaisen ulkonäön, mikä osoittaa, että niiden välillä on vahva korrelaatio ammoniittien ilmestyminen ja sukupuuttoon kuoleminen.
Erilaisten eläinten morfologinen levinneisyysalue (alueiden summa) myöhäisen permin Changxing-vaiheessa (oranssi), siirtymäkerroksessa (harmaa) ja varhaisen triaskauden intiaanivaiheessa (sininen). Krysanteemit ovat (a), käsijalkaiset (b), ostrakodit ovat (c), simpukat ovat (d), kotilolat ovat (e) ja konodontit ovat (f) erilaisia sukupuuttoja.
(Kuvan lähde: Viite 1)
Kaikki käsijalkaisten tiedot ovat laskeneet merkittävästi ja suvun rikkaus on pudonnut 96,65 %, mikä viittaa siihen, että suurin osa käsijalkaisista on kuollut sukupuuttoon tänä aikana. Ne kärsivät vakavasti pääasiassa siksi, että niiden paksut kuoret vaativat suuria määriä kalsiumkarbonaattia, ja valtamerten happamoittaminen esti vakavasti kalsiumkuorten muodostumista. Tämän seurauksena monimutkaiset, paksut ja koristeelliset kuoret olivat lähes kaikki sukupuuttoon.
Suurin osa eloonjääneistä ja tulokkaista tulee Spiriferidin ja pienisuisen äyriäisen Rhynchonellidin yksinkertaisemmasta morfologiasta. Nämä eläimet ovat kooltaan pienempiä, niillä on yksinkertaistettuja kuoreja, jotka vähentävät kalsiumin käyttöä, kun taas ostrakodit Pääryhmät. sukupuuttoon kuolleet hyönteiset olivat erikoistuneita ryhmiä, joilla oli ohuimmat ja paksuimmat kuoret.
Nämä kaksi taksonia osoittivat marginaalista valikoivaa sukupuuttoon, mikä eliminoi erikoistuneimmat taksonit kuin aseella päähän. Permikauden monipuolisempiin muotoihin verrattuna triasskauden käsijalkaiset ja ostrakodit säilyttivät suunnilleen keskimääräisen muodon, joista yleisimmät säilyivät.
Olemassa olevalla pienisuisella äyriäisellä Terebratalia transversalla on ohut läpikuultava kuori.
(Kuvan lähde: Wikipedia)
Nykyiset ostrakodit ovat kuin katkarapu, joka on kääritty kaksiterälehteen.
(Kuvan lähde: Canada's Polar Life)
Kotiloiden ja simpukoiden, meille tuttujen ryhmien, etanoiden ja simpukoiden sukupuuttoon ei ole selvää yhteyttä morfologiaan.
Kaikki, jotka ovat kasvattaneet tai havainneet etanoita ja simpukoita, arvostavat niiden kykyä selviytyä sellaisissa olosuhteissa kuin sameus, ylikuumeneminen tai hapenpuute, vaikka he voivat elää pitkäänkin omat varat ja säiliön seinillä kasvavat levät, mikä on yksi syy siihen, miksi ne ovat selviytyneet aikaisemmista massasukupuuttotapahtumista. Niiden kaikki tärkeimmät morfologiset tyypit ovat säilyneet, eikä sukupuuttoon ole juuri mitään tekemistä niiden morfologian kanssa, se on vain tuuria tai onnettomuutta.
Ordovician Fairview Formation Ambonychia ulrichi -fossiili Warren Countysta Ohiosta noin 400 miljoonaa vuotta sitten kuuluu Pterozoa-alaluokkaan ja sillä on yhtäläisyyksiä nykyisten kampasimpukoiden kanssa.
(Kuvan lähde: sketchfab)
Paleotsoisen aikakauden gastropod (etana) fossiilit ovat myös hyvin samanlaisia kuin nykyiset etanat.
(Kuvan lähde: Viite 2)
Sukupuuttotapahtuma ei vaikuttanut merkittävästi toisen taksonin, konodontien, morfoavaruuteen.
Toisin kuin muut kladit, konodontien morfologinen monimuotoisuus väheni hyvin vähän massasukupuuttopulssin aikana. Päinvastoin, niiden morfologinen tila lisääntyi sen sijaan, että se vähenisi, mikä osoitti, että ne olivat edelleen kotona sukupuuttotapahtuman aikana erilaisia uusia muotoja, ja kalat ovat samankaltaisia, mikä saattaa liittyä niiden kilpailijoiden (kuten ammoniitit, nautilut jne., jotka ovat myös lihansyöjiä) määrän vähenemiseen.
Morfologiset muutokset kuuden kladin sukupuuttoon kuolleissa, selviytyneissä ja uusissa tulokkaissa permi-triaskauden massasukupuuton aikana. Keltainen edustaa uusia tulokkaita, punainen edustaa tuhoajia ja vihreä edustaa selviytyjiä.
(Kuvan lähde: Viite 1)
Neljä erilaista selektiivistä sammutustilaa, joissa punaiset viivat edustavat sammumistapahtumia. a, vaakasuora selektiivinen sukupuutto, kuten ammoniitit, c, ei-selektiivinen sukupuutto, mukaan lukien simpukat ja kotilolat;
(Kuvan lähde: Viite 1)
Historiassa viisi massasukupuuttoa tapahtui eri syistä, kuten tulivuorenpurkauksista, ilmastonmuutoksesta, planeettojen vaikutuksista jne. Jokaisella sukupuuttoon liittyvällä tapahtumalla oli erilainen vaikutus ympäristöön, ja myös olennot, joihin se vaikutti, olivat erilaisia.
Esimerkiksi ammoniitit ovat selviytyneet monista massasukuttomista luottaen niiden kykyyn kestää hypoksiaa, mutta valtamerten happamoitumisen aikana liitukauden lopussa ne lopulta kuolivat sukupuuttoon, koska niiden kalkkipitoiset kuoret eivät voineet muodostua merkittävästi sukupuuttoon, mutta se ei selvinnyt lievemmästä triasskauden lopun massasukupuutosta.
Konodontti Ozarkodina on leuaton selkärankainen, joka näyttää pieneltä kalalta. He onnistuivat selviytymään massasukuttomasta permikauden lopulla, mutta ne pyyhittiin pois pienemmässä sukupuuttotapahtumassa triasskauden lopussa.
(Kuvan lähde: tekijän piirtämä)
Nykyaikana ihmisen toiminnan vaikutukset maapallolle ovat aiheuttaneet monia ympäristöongelmia, kuten äärimmäisen korkeita lämpötiloja, happosateita, metsien ja elinympäristöjen tuhoutumista, biologisia tunkeutumisia ja ympäristön saastumista, mikä on aiheuttanut uuden sukupuuttoon aallon.
Ihmisen sivilisaation syntymän jälkeen 83 % luonnonvaraisista eläimistä on kuollut sukupuuttoon. Lajien sukupuuttoon on arvioitu olevan 100 kertaa suurempi kuin ihmisten sukupuuttoon mennessä. Mitkä lajit, taksonit ja ekosysteemit kuolevat todennäköisemmin sukupuuttoon ihmisen vaikutuksesta ympäristöön?
Professori Song Haijun sanoi, että analysoimalla muutoksia fossiilisten aineistojen morfologisessa monimuotoisuudessa voimme paremmin ennustaa ja vastata nykyisiin biologiseen monimuotoisuuteen kohdistuviin uhkiin. Esimerkiksi taksonit, joilla on laaja maantieteellinen levinneisyys (kuten linnut), voivat selviytyä vahingossa tapahtuvasta elinympäristön tuhoutumisesta, mutta ne eivät kestä, kun globaali ympäristö muuttuu samanaikaisesti, kun taas jotkut taksonit, joilla on vahva selviytymiskyky, mutta kapea levinneisyys (kuten luolakalat ja etanat) voivat kestää ympäristön muutoksia, mutta kun niiden elinympäristöt tuhotaan, ne kuolevat.
9. tammikuuta 2019 maailman viimeinen tunnettu akaattietana, Achatinella apexfulva "George", menehtyi 14-vuotiaana. Näitä etanoita löydettiin vain Havaijilta, ja niitä oli runsaasti aiemmin, mutta ne ovat uhanalaisia tai kuolleet sukupuuttoon petoeläinten hyökkäyksen vuoksi.
(Kuvan lähde: Wikipedia)
Tutkimalla menneitä sukupuuttoon kuolleita organismeja voimme oppia historiasta, paljastaa sukupuuttomekanismin ja ennustaa biologisten lajien sukupuuttoon liittyvän riskin, löytää ryhmiä, joilla on heikko selviytymiskyky nykyisessä ympäristössä, ja lisäksi käyttää tekoälyteknologiaa - DeepMorph Lähtökohtana voidaan käyttää myös automatisoituja menetelmiä paleontologisten fossiilien analysointiin, mikä tarjoaa lisää ideoita ja mahdollisuuksia tulevaan syväoppimisen ja geobiologian risteystutkimukseen.
viittaukset:
[1]Liu X, Song H, Chu D, et ai. Merikladien heterogeeninen selektiivisyys ja morfologinen evoluutio permi-triaskauden massasukupuuton aikana[J]. Nature Ecology & Evolution, 2024: 1-11.
[2] Frýda J, Nützel A, Wagner P J. Paleozoic gastropoda [J]. Phylogeny and Evolution of the Mollusca, 2008: 239-270.
[3]Ciampaglio, CN (2004). Muutosten mittaaminen niveljalkaisten morfologiassa ennen ja jälkeen Permin massasukupuuttotapahtuman: rajoittavatko kehitysrajoitteet morfologista innovaatiota? Evolution and Development, 6(4), 260–274.
[4]Villier, L. (2004). Ammonoidien morfologiset erot ja permilaisten massasukupuuttojen merkki. Science, 306(5694), 264–266.
[5]Korn, D., Hopkins, MJ ja Walton, SA, 2013, Extinction space – Menetelmä morfoavaruuden muutosten kvantifiointiin ja luokitteluun ekstinktiorajojen yli: Evolution, v. 67, s. 2795–2810,
[6]Peng, Y., Shi, GR, Gao, Y., He, W. ja Shen, S. (2007). Miten ja miksi Lingulidae (Brachiopoda) ei vain selvinnyt permikauden lopun massiivisesta sukupuutosta, vaan myös menestyi sen jälkimainingeissa? Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 252(1-2), 118-131.
Tuottaja: Popular Science China
Kirjailija: Gu Mingdi Lian (popularitieteellinen luoja)
Tuottaja: China Popular Science Expo
Kerää ja järjestele viimeisimmät uutiset ja tee ei kaikista tarkastettavaksi ilmaiseksi.
