东京理工大学 一项新的研究将机器学习应用于化石记录，以可视化生命的历史，展示重大进化事件的影响
这显示了灭绝和物种形成的主要事件的长期进化和生态影响
颜色代表从10亿年前开始的托尼亚时期(黄色)到现在的第四纪时期(绿色)
红色到蓝色的转变标志着二叠纪末期的大灭绝，这是化石记录中最具破坏性的事件之一
信用:J
霍亚尔·卡斯尔和
古腾堡
查尔斯·达尔文的里程碑式的著作《物种起源》以他的进化论的一个美丽的总结结束:“生命的这一方面有一种伟大，它有几种力量，最初被呼吸成几种形式或一种；并且，尽管这个星球已经按照固定的万有引力定律循环前进，从如此简单的开始，最美丽和最奇妙的无尽形式已经并且正在进化
“事实上，科学家们现在知道，大多数曾经存在过的物种已经灭绝
总的来说，物种的灭绝已经被地球历史上新物种的产生大致平衡了，科学家称之为大规模灭绝事件
科学家们长期以来一直认为，大灭绝创造了物种进化的生产期，或“辐射”，一种被称为“创造性破坏”的模式
“由东京理工大学地球-生命科学研究所(ELSI)附属科学家领导的一项新研究使用机器学习来检查化石物种的共存，并发现辐射和灭绝是相互关联的，因此大规模灭绝很可能很少会引起类似规模的辐射
创造性破坏是经典进化概念的核心
似乎很明显，有许多物种突然消失，许多新物种突然出现的时期
然而，与大灭绝规模相当的辐射，这项研究因此称之为大规模辐射，得到的分析远远少于灭绝事件
这项研究比较了灭绝和辐射对化石所处时期的影响，即所谓的显生宙
显生宙(来自希腊语，意思是“明显的生命”)，代表了地球最近的5.5亿年
50亿年的历史，对古生物学家来说意义重大:在此之前，大多数现存的生物都是不易形成化石的微生物，所以之前的进化记录很难观察到
新的研究表明，创造性破坏并不能很好地描述显生宙期间物种是如何起源或灭绝的，并表明许多最显著的进化辐射期发生在生命进入新的进化和生态领域时，如寒武纪动物多样性爆发和石炭纪森林生物群落扩张期间
这是否适用于之前由微生物主宰的30亿年还不得而知，因为关于这种古老多样性的记录信息的稀缺不允许进行类似的分析
古生物学家已经确定了显生宙化石记录中少数最严重的大规模灭绝事件
这些主要包括“五大”大灭绝，如二叠纪末的大灭绝，其中超过70%的物种估计已经灭绝
生物学家现在提出，我们现在可能正在进入第六次大规模灭绝，他们认为这主要是由人类活动造成的，包括狩猎和农业扩张造成的土地使用变化
以前“五大”物种大灭绝的一个常见例子是白垩纪-第三纪灭绝(通常缩写为“K-T”，用德语拼写为白垩纪)，这似乎是大约6500万年前一颗流星撞击地球，毁灭了非鸟类恐龙造成的
通过观察化石记录，科学家们开始相信大规模灭绝事件会产生特别多产的辐射
例如，在K-T恐龙灭绝事件中，人们通常认为这场灾难造成了一片荒地，这使得哺乳动物等生物重新定居并“辐射”，从而允许各种新哺乳动物物种的进化，最终为人类的出现奠定了基础
换句话说，如果“创造性破坏”的K-T事件没有发生，也许我们就不会在这里讨论这个问题了
这项新的研究开始于在ELSI的“广场”进行的一次随意的讨论，这是一个大的公共休息室，ELSI的科学家和游客经常在这里吃午饭并开始新的对话
这篇论文的两位作者，进化生物学家詹妮弗·霍伊尔·卡斯尔(现为美国埃塞克斯大学研究员
K
)和物理学家/机器学习专家尼古拉斯·古腾堡(现在是克罗斯实验室的一名研究科学家，与捷克共和国的古代合作)，他们在工作开始时都是ELSI大学的博士后学者，他们正在讨论机器学习是否可以用来可视化和理解化石记录的问题
在访问ELSI期间，就在新冠肺炎大流行开始限制国际旅行之前，他们狂热地扩展他们的分析，以检验灭绝和辐射事件之间的相关性
这些讨论使他们能够将他们的新数据与现有的关于大规模灭绝和辐射的广泛观点联系起来
他们很快发现，在机器学习的帮助下识别的进化模式在关键方面不同于传统的解释
该团队使用机器学习的新应用来检查显生宙化石记录中物种的时间共现，检查了包括近200，000个物种在内的大规模、精选的公共数据库中的100多万个条目
主要作者Dr
霍亚尔·卡斯尔说:“理解生命历史的一些最具挑战性的方面是所涉及的巨大的时间尺度和物种数量
机器学习的新应用可以帮助我们以人类可读的形式可视化这些信息
这意味着，可以说，我们能够掌握5亿年的进化，并从我们所看到的事物中获得新的见解
" 使用他们的客观方法，他们发现古生物学家以前确定的“五大”物种灭绝事件被机器学习方法识别为前5%的物种灭绝超过辐射的重大破坏事件，反之亦然，另外还有七次物种灭绝、两次物种灭绝-辐射事件和15次物种灭绝
令人惊讶的是，与以前强调灭绝后辐射重要性的叙述相反，这项工作发现最具可比性的大规模辐射和灭绝只是很少在时间上耦合，驳斥了它们之间因果关系的观点
合著者Dr
尼古拉斯·古滕贝格说:“生态系统是动态的，你不必为了让新的东西出现而切掉现有的部分
" 研究小组进一步发现，事实上，辐射可能会导致现有生态系统的重大变化，作者称这一想法为“破坏性创造”
“他们发现，在显生宙期间，平均而言，在任何时候组成生态系统的物种在1900万年后几乎全部消失
但是，当大规模灭绝或辐射发生时，这个周转率要高得多
这为现代第六次灭绝是如何发生的提供了新的视角
第四纪，始于2
500万年前，见证了反复的气候剧变，包括剧烈的冰川变化，地球上高纬度地区被冰覆盖的时代
这意味着目前的第六次灭绝正在侵蚀已经被破坏的生物多样性，作者认为至少需要800万年才能恢复到1900万年的长期平均水平
医生
霍亚尔·卡斯尔说，“我们观察到的每一次灭绝都会抹去一个可能已经存在了数百万年的物种，使得新物种起源的正常过程更难取代正在消失的物种
"
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