berita

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Baik di Timur atau Barat, "ramalan" terdengar seperti takhayul dan misterius, tetapi ketika kata ini muncul di dunia ilmuwan, maknanya menjadi "melalui analisis induktif terhadap informasi yang diketahui, Berspekulasi tentang evolusi bentuk kehidupan. ” Para ilmuwan dapat "meramal nasib" dan menarik kesimpulan ilmiah - untuk hewan yang berbeda, penampilan mereka yang berbeda memang dapat mempengaruhi nasib mereka jika terjadi kepunahan.

Pada Juni 2024, Song Haijun, seorang profesor di Fakultas Ilmu Bumi di China University of Geosciences (Wuhan), memimpin tim untuk melakukan penelitian tentang "ramalan nasib" pada fosil.

Mereka menggunakan teknologi pembelajaran mendalam dan metode otomatisasi, yang kami sebut AI, untuk mempelajari evolusi bentuk biologis selama peristiwa kepunahan terbesar dalam sejarah - peristiwa kepunahan Permian-Trias, mengungkap bagaimana Dalam kepunahan massal yang "menghancurkan dunia" ini, bagaimana perbedaan “penampilan” makhluk laut menentukan nasib mereka.

Mana yang lebih mungkin bertahan dari kepunahan massal, dinosaurus raksasa atau mamalia kecil Mesozoikum? Pertanyaannya mungkin mudah, tapi apakah kesimpulannya akan sama pada organisme lain, atau pada kepunahan massal lainnya?

(Sumber gambar: Wikipedia)

Apakah kelangsungan hidup atau kehancuran ada hubungannya dengan "penampilan"?

Dalam sejarah bumi, terdapat lima peristiwa kepunahan massal, yang paling terkenal mungkin adalah dampak asteroid terhadap bumi pada akhir periode Kapur. Ini mungkin penyebab kepunahan semua makhluk tinggi dan berkuasa dinosaurus pada saat itu. Mamalia tingkat rendah bertahan hidup, dan satu spesies akhirnya berevolusi menjadi manusia.

Faktanya, fakta ini menunjukkan bahwa pada kepunahan di akhir zaman Kapur, punah atau tidaknya erat kaitannya dengan “penampakan”, yaitu bentuk hewan – hewan yang tumbuh lebih besar membutuhkan makanan yang lebih banyak dan kemungkinan besar akan mengalami kepunahan. mati kelaparan selama kepunahan.

Namun, untuk peristiwa kepunahan massal terparah dalam sejarah, kepunahan massal Permian Akhir yang terjadi sekitar 252 juta tahun lalu, korelasi antara morfologi hewan dan kepunahan masih kurang jelas. Kepunahan massal ini dikenal sebagai "ibu dari kepunahan massal", yang mengakibatkan hilangnya hingga 96% makhluk laut, termasuk trilobita dan kepiting tapal kuda yang terkenal.

Kepunahan massal pada akhir Permian adalah kepunahan massal paling parah dalam sejarah, dan trilobita terkenal lenyap dalam kepunahan ini.

(Sumber gambar: Wikipedia)

Peristiwa kepunahan ini berlangsung dalam waktu yang lama dan terjadi dalam dua fase, yaitu fase bertahap yang berlangsung sekitar jutaan tahun dan masa puncaknya pada 1 juta tahun terakhir. Beberapa hewan punah dalam fase bertahap, sementara lebih banyak lagi yang punah pada fase puncak, seperti kepunahan massal krustasea kecil dan ostracoda (Ostracoda), dan kepunahan massal brakiopoda pemakan filter stasioner (Brachiopoda) berukuran besar, berturut-turut. Perbedaannya adalah 720.000 hingga 1,22 juta tahun.

Karena penyebab dan waktu kepunahan berbagai jenis hewan tidak konsisten, dan terdapat banyak manusia yang punah, hampir semua hewan, apa pun bentuknya, telah punah. Hanya sejumlah kecil spesies yang berhasil bertahan dari krisis ini, dan korelasi antara bentuk dan kepunahan tidak dapat disimpulkan begitu saja. Oleh karena itu, dalam penelitian sebelumnya, para ilmuwan belum memiliki jawaban pasti apakah peristiwa kepunahan ini bersifat selektif terhadap morfologi hewan.

Bagaimana AI “meramal nasib”?

Selain kompleksitas peristiwa kepunahan itu sendiri, keterbatasan teknis juga membatasi penelitian para ilmuwan mengenai kepunahan akhir Permian.

Dahulu, mempelajari hubungan antara kepunahan dan morfologi mengharuskan para ilmuwan menganalisis morfologi fosil secara manual. Mereka harus membandingkan setiap fosil atau gambar fosil untuk membandingkan makhluk paleontologis dengan bentuk yang sama sebelum peristiwa kepunahan dan setelah peristiwa kepunahan (seperti misalnya sebagai). cangkang runcing, berduri, halus, tipis dan pipih, cangkang lebar dan bulat) diklasifikasikan masing-masing, dan amati apakah proporsi hewan dengan bentuk yang sama berubah sebelum dan sesudah peristiwa kepunahan.

Hasil yang diperoleh dari “penelitian tradisional” tersebut sangat dipengaruhi oleh objek penelitian yang dipilih oleh para ilmuwan dan metode penelitian yang diterapkan.

Misalnya, penelitian yang menggunakan metode deskripsi morfologi tradisional menunjukkan bahwa perbedaan morfologi pada amonoid (kerabat jauh nautilus) sedikit berkurang selama peristiwa kepunahan, menunjukkan bahwa peristiwa kepunahan tersebut tidak selektif secara morfologi; Analisis ciri diskrit yang komprehensif (analisis komprehensif berdasarkan rentang maksimum dan minimum perubahan morfologi, jumlah varian data dan median data) menunjukkan bahwa keanekaragaman morfologi amon berkurang secara signifikan selama peristiwa kepunahan, mendukung seleksi morfologi amon. peristiwa kepunahan.

Untuk menarik kesimpulan yang lebih akurat, diperlukan ukuran sampel yang cukup besar dan menggunakan metode analisis yang lebih akurat. Dalam analisis data besar seperti ini, teknologi AI yang baru lahir tidak diragukan lagi memiliki potensi besar.

Untuk mencapai tujuan ini, tim Profesor Song Haijun mengembangkan proses analisis yang disebut DeepMorph, yang menggabungkan teknologi pembelajaran mendalam untuk mengekstraksi fitur dari gambar dengan metode morfometrik geometris untuk secara otomatis menganalisis garis besar spesimen fosil dan secara efektif menangkap morfologi, menyederhanakannya menjadi gambar bidang dua dimensi, sehingga dengan jelas membedakan berbagai tipe morfologi, dan kemudian mengulangi proses ini melalui beberapa pengambilan sampel.

Untuk mencapai tujuan ini, tim Profesor Song Haijun mengumpulkan database komprehensif, yang berisi gambar spesimen fosil dari enam organisme paleontologi laut yang tercatat secara luas selama kepunahan massal akhir Permian, termasuk ammonoid, kerabat dekat nautilus, yang memiliki cangkang ganda. , brakiopoda pemakan filter, ostracoda dengan dua “pangsit udang” yang terbungkus karapas, bivalvia (kerang) dan gastropoda (siput), dan konodont vertebrata dengan jenis gigi tajam.

Basis data ini mencakup 599 genera yang diwakili oleh 656 gambar sebelum dan sesudah peristiwa kepunahan, yang mencakup Tahap Changxing pada akhir Permian hingga Tahap India pada Trias awal, dari 254,14 juta tahun lalu hingga 250,7 juta tahun lalu, memberikan dukungan data besar yang kuat untuk Pembelajaran mendalam AI.

a: Prinsip kerja DeepMorph. Gambar spesimen tipe yang dikumpulkan dari publikasi diubah menjadi format biner melalui segmentasi model U2-Net, kemudian garis besar fosil dan fitur morfologi diekstraksi dan dimasukkan ke dalam database. b: Mengubah morfologi menjadi data distribusi normal multivariat c: Menggunakan data distribusi normal multivariat untuk melakukan simulasi kepunahan selektif, dan terakhir menghasilkan diagram pola kepunahan dari pola Selektif.

(Sumber gambar: Referensi 1)

Apakah hubungan antara “penampilan” dan nasib sama pada hewan dari kelompok yang berbeda?

Analisis data DeepMorph mirip dengan analisis fitur diskrit. Jumlah rentang (SOR), semua rentang yang ditempati oleh data, ditentukan oleh bentuk paling khusus; misalnya, cangkang paling halus adalah 0, yang paling kasar adalah 10, dan rentangnya adalah 0 -10), jumlah varians (SOV, jumlah varians setiap data dan mean yang menunjukkan keragaman data) dan analisis posisi centroid (POC, median data) sebagai sarana untuk menyimpulkan selektivitas peristiwa kepunahan pada morfologi.

Penelitian menemukan bahwa hubungan antara "penampilan" dan nasib tidaklah sama pada kelompok hewan yang berbeda. Selama kepunahan massal, spesies yang paling punah di sebagian besar filum adalah hewan besar dengan hiasan cangkang yang rumit atau kuat (seperti duri, tulang rusuk, dan tumor), sedangkan konodont tidak menunjukkan tanda-tanda kepunahan selektif morfologis.

Sebelum dan sesudah peristiwa kepunahan, amon punah terutama karena struktur cangkangnya yang kompleks dan sangat dekoratif. Hal ini tercermin dalam data, dengan lebih banyak kepunahan terjadi di satu sisi titik tengah, yang disebut kepunahan selektif asimetris.

Ceratitida dan Prolecanitida, yang cangkangnya rata, halus dan kurang dekoratif, selamat dari kepunahan massal dan dengan cepat berevolusi menjadi banyak jenis baru, namun bentuk jenis baru juga umumnya mempertahankan bentuknya yang halus, menunjukkan adanya korelasi yang kuat di antara keduanya kemunculan amon dan apakah mereka punah.

Kisaran sebaran morfologi (jumlah rentang) berbagai hewan pada Tahap Changxing pada Permian Akhir (oranye), lapisan peralihan (abu-abu), dan Tahap India pada Trias Awal (biru). Krisan adalah (a), brakiopoda adalah (b), ostrakoda adalah (c), bivalvia adalah (d), gastropoda adalah (e), dan konodont adalah (f).

(Sumber gambar: Referensi 1)

Semua data tentang brakiopoda telah menurun secara signifikan, dan tingkat kekayaan genus telah menurun sebesar 96,65%, menunjukkan bahwa sebagian besar brakiopoda telah punah selama periode ini. Mereka terkena dampak parah terutama karena cangkangnya yang tebal membutuhkan kalsium karbonat dalam jumlah besar, dan pengasaman laut sangat menghambat pembentukan cangkang kalsium. Akibatnya, spesies dengan cangkang yang rumit, tebal, dan berhias hampir semuanya punah.

Sebagian besar yang selamat dan pendatang baru berasal dari morfologi yang lebih sederhana yaitu Spiriferid dan kerang bermulut kecil Rhynchonellid. Hewan ini berukuran lebih kecil, memiliki pola yang disederhanakan, dan memiliki cangkang tembus pandang yang mengurangi penggunaan kalsium, sedangkan ostracoda Kelompok utama. Serangga yang punah merupakan kelompok khusus dengan cangkang paling tipis dan paling tebal.

Kedua taksa ini menunjukkan kepunahan selektif marjinal, yang menghilangkan taksa paling terspesialisasi seperti tembakan ke kepala. Dibandingkan dengan bentuk-bentuk Permian yang lebih beragam, brakiopoda dan ostracoda pada zaman Trias mempertahankan bentuk rata-rata, dan yang paling umum masih bertahan.

Kerang mulut kecil Terebratalia transversa yang masih ada mempunyai cangkang tipis tembus cahaya.

(Sumber gambar: Wikipedia)

Ostracoda yang ada seperti udang yang terbungkus karapas berkelopak dua. Karapasnya yang banyak merupakan fosil penting dalam strata tersebut.

(Sumber gambar: Kehidupan Kutub Kanada)

Punahnya gastropoda dan bivalvia, kelompok yang kita kenal, siput dan bivalvia, tidak ada hubungannya secara pasti dengan morfologi.

Setiap orang yang pernah memelihara atau mengamati siput dan kerang akan menghargai kemampuannya untuk bertahan hidup dalam kondisi seperti kekeruhan, kepanasan, atau kekurangan oksigen, bahkan ketika tidak ada makanan, mereka juga dapat bertahan hidup dalam waktu lama dengan mengandalkan makanannya cadangan mereka sendiri dan alga yang tumbuh di dinding tangki, yang merupakan salah satu alasan mengapa mereka mampu bertahan dari peristiwa kepunahan massal sebelumnya. Semua tipe morfologi utama dari mereka masih bertahan, dan kepunahan hampir tidak ada hubungannya dengan morfologi mereka, ini hanya masalah keberuntungan atau kemalangan.

Fosil Ambonychia ulrichi Formasi Ordovician Fairview dari Warren County, Ohio, sekitar 400 juta tahun yang lalu, termasuk dalam subkelas Pterozoa dan memiliki kemiripan dengan kerang modern.

(Sumber gambar: sketsafab)

Fosil gastropoda (siput) pada zaman Paleozoikum juga sangat mirip dengan siput masa kini.

(Sumber gambar: Referensi 2)

Morfospace takson lain, conodont, tidak terpengaruh secara signifikan oleh peristiwa kepunahan.

Berbeda dengan clade lainnya, keragaman morfologi conodont menurun sangat sedikit selama kepunahan massal. Sebaliknya, setelah gelombang kepunahan pertama, ruang morfologi mereka bertambah bukannya berkurang, menunjukkan bahwa mereka masih betah selama peristiwa kepunahan berbagai bentuk baru, dan ikan serupa, yang mungkin terkait dengan berkurangnya jumlah pesaingnya (seperti amon, nautilus, dll., yang juga karnivora).

Perubahan morfologi pada enam klade yang punah, yang selamat, dan pendatang baru selama kepunahan massal Permian-Trias. Kuning melambangkan pendatang baru, merah melambangkan pembasmi, dan hijau melambangkan penyintas.

(Sumber gambar: Referensi 1)

Empat mode kepunahan selektif yang berbeda, dengan garis merah mewakili peristiwa kepunahan. a, kepunahan selektif horizontal, seperti amon; b, kepunahan selektif tepi, termasuk brakiopoda dan ostracoda; c, kepunahan non-selektif, termasuk bivalvia dan gastropoda d, konodont adalah bentuk kepunahan yang dapat diabaikan.

(Sumber gambar: Referensi 1)

Apa pentingnya “meramal nasib” pada fosil?

Dalam sejarah, lima kepunahan massal terjadi karena alasan yang berbeda-beda, seperti letusan gunung berapi, perubahan iklim, dampak planet, dll. Setiap peristiwa kepunahan memiliki dampak berbeda terhadap lingkungan, dan makhluk yang terkena dampaknya juga berbeda.

Misalnya, amon telah bertahan dari banyak kepunahan massal dengan mengandalkan kemampuan mereka untuk menahan hipoksia, namun selama pengasaman laut yang parah pada akhir Zaman Kapur, mereka akhirnya punah karena cangkang berkapur mereka tidak dapat terbentuk secara signifikan; kepunahan, namun ia tidak mampu bertahan dalam kepunahan massal akhir Trias yang tidak terlalu parah.

Rekonstruksi konodont Ozarkodina Konodont adalah vertebrata tanpa rahang yang bentuknya seperti ikan kecil. Struktur mulutnya yang mirip gigi telah menjadi fosil, disebut konodont atau gigi. Mereka berhasil bertahan dari kepunahan massal pada akhir zaman Permian, namun musnah dalam peristiwa kepunahan yang lebih kecil pada akhir zaman Trias.

(Sumber gambar: Digambar oleh penulis)

Di zaman modern ini, dampak aktivitas manusia di bumi telah menimbulkan banyak permasalahan lingkungan, seperti suhu tinggi yang ekstrim, hujan asam, perusakan hutan dan habitat, invasi biologis, dan pencemaran lingkungan sehingga menimbulkan gelombang kepunahan baru.

Sejak lahirnya peradaban manusia, 83% hewan liar telah punah. Tingkat kepunahan spesies diperkirakan 100 kali lipat tingkat kepunahan rata-rata sebelum manusia muncul. Spesies, taksa, dan ekosistem manakah yang lebih mungkin punah karena pengaruh manusia terhadap lingkungan?

Profesor Song Haijun mengatakan bahwa dengan menganalisis perubahan keanekaragaman morfologi dalam catatan fosil, kita dapat memprediksi dan merespons ancaman terhadap keanekaragaman hayati saat ini dengan lebih baik. Misalnya, taksa dengan sebaran geografis yang luas (seperti burung) dapat bertahan hidup dari kerusakan habitat yang tidak disengaja, namun tidak mampu bertahan ketika lingkungan global berubah secara bersamaan; sedangkan beberapa taksa dengan kemampuan bertahan hidup yang kuat tetapi sebarannya sempit (Seperti ikan gua dan siput) mungkin resisten terhadap perubahan lingkungan, namun jika habitatnya dirusak, mereka akan mati.

Pada tanggal 9 Januari 2019, siput batu akik terakhir yang diketahui di dunia, Achatinella apexfulva "George", meninggal dunia pada usia 14 tahun. Hanya ditemukan di Hawaii, siput ini melimpah di masa lalu tetapi terancam atau punah karena invasi predator.

(Sumber gambar: Wikipedia)

Melalui studi organisme yang punah di masa lalu, kita dapat belajar dari sejarah, mengungkap mekanisme kepunahan dan memprediksi risiko kepunahan spesies biologis, menemukan kelompok dengan kemampuan bertahan hidup yang buruk di lingkungan saat ini, dan sebagai tambahan, menggunakan teknologi AI - DeepMorph; Metode otomatis untuk menganalisis fosil paleontologi juga dapat digunakan sebagai titik awal, memberikan lebih banyak ide dan kemungkinan untuk penelitian titik temu di masa depan antara pembelajaran mendalam dan geobiologi.

referensi:

[1]Liu X, Song H, Chu D, dkk. Selektivitas heterogen dan evolusi morfologi klade laut selama kepunahan massal Permian–Trias[J]. Nature Ecology & Evolution, 2024: 1-11.

[2] Frýda J, Nützel A, Wagner P J. Gastropoda Paleozoikum[J]. Filogeni dan Evolusi Moluska, 2008: 239-270.

[3]Ciampaglio, CN (2004). Mengukur perubahan morfologi brakiopoda yang mengartikulasi sebelum dan setelah peristiwa kepunahan massal Permian: apakah kendala perkembangan membatasi inovasi morfologi? Evolusi dan Perkembangan, 6(4), 260–274.

[4]Villier, L. (2004). Disparitas Morfologi Amonoid dan Tanda Kepunahan Massal Permian. Sains, 306(5694), 264–266.

[5]Korn, D., Hopkins, MJ, dan Walton, SA, 2013, Ruang kepunahan—Sebuah metode untuk kuantifikasi dan klasifikasi perubahan morfospace lintas batas kepunahan: Evolusi , v. 67, hal. 2795–2810,

[6]Peng, Y., Shi, GR, Gao, Y., He, W., & Shen, S. (2007). Bagaimana dan mengapa Lingulidae (Brachiopoda) tidak hanya bertahan hidup dari kepunahan massal akhir Permian tetapi juga berkembang pesat setelahnya? Paleogeografi, Paleoklimatologi, Paleoekologi, 252(1-2), 118–131.

Diproduksi oleh: Ilmu Pengetahuan Populer Tiongkok

Penulis: Gu Mingdi Lian (pencipta sains populer)

Produser: Pameran Sains Populer Tiongkok