劉小康舉例說,菊石是古-中生代海洋中常見的游泳動物,在這次大滅絕事件中形態(tài)多樣性出現(xiàn)急劇下降。菊石在這次滅絕中表現(xiàn)出明顯的形態(tài)選擇性——弱殼飾、表面光滑的菊石更容易殘存,滅絕后新生的菊石,也具有殼飾減弱的特點。
團隊研究發(fā)現(xiàn),在二疊紀與三疊紀大滅絕期間,包含菊石、腕足動物在內的5個門類,經(jīng)歷了形態(tài)多樣性的損失,并對復雜和裝飾性的形態(tài)進行了選擇性滅絕,那些大型、復雜和強烈紋飾的形態(tài)類型滅絕更嚴重。不過,它們的演化模式并不相同:菊石是側向選擇性滅絕,腕足類和介形蟲是邊緣選擇性滅絕,雙殼類和腹足類是隨機形態(tài)滅絕。
“這項研究,不僅加深了我們對古生物形態(tài)演化的理解,更為我們評估現(xiàn)代生物多樣性面臨的滅絕風險提供了科學依據(jù)?!眲⑿】嫡f,通過分析化石記錄中的形態(tài)多樣性在大滅絕事件前后的變化,可以更好地預測和應對當前生物多樣性面臨的威脅。
劉小康在博士研究生階段注意到,近年來隨著人工智能和計算機硬件的發(fā)展,深度學習方法在處理復雜和大批量數(shù)據(jù)中表現(xiàn)出強勁的性能,并且具有高度自動化的實現(xiàn)流程,“基于深度學習的生物形態(tài)學研究,有望為探究生物演化提供新的視角”。
在研究中,團隊發(fā)現(xiàn),新開發(fā)的這一深度學習模型,不僅加快了形態(tài)數(shù)據(jù)提取過程,還減少了人為主觀性,研究路徑有助于研究結果的可重復性和客觀性,“這為未來開展深度學習與地球生物學的更多交叉研究提供了可能?!眲⑿】嫡f。
劉小康介紹,生物形態(tài)多樣性,即不同物種在形態(tài)上的差異,是衡量生物多樣性的重要指標之一。以往的研究通常認為,在大滅絕時期,某一生物門類的物種多樣性和形態(tài)多樣性增減方向一致;但有研究通過對生物化石形態(tài)、結構的分析表明,二者存在不一致性。此外,不同的分析樣本、不同的分析方法等因素,導致科學家們對同一課題的研究結果也不同,科學結論眾說紛紜。
“這種滅絕的選擇性和強度,可能是由復雜的多因素影響所致,反映出不同演化枝和形態(tài)類型對環(huán)境耐受閾值的差異?!眲⑿】捣治觯鬁缃^時期,強烈的火山噴發(fā)事件導致二氧化碳快速釋放和海水酸化,菊石、腕足動物、雙殼類等鈣質生物對環(huán)境變化反應劇烈,對它們而言也更難建造復雜、厚重的殼體和紋飾,導致物種大量減少并伴隨形態(tài)多樣性的降低。而牙形動物相對更適應大滅絕后的環(huán)境,趁機占據(jù)更多的“地盤”,并發(fā)展出多樣的形態(tài)。
利用DeepMorph模型,團隊對菊石、腕足動物、介形蟲、雙殼類、腹足類和牙形動物在內的6個海洋生物門類、總計599個屬的化石圖像展開分析。對比全球古生物數(shù)據(jù)庫顯示,其研究樣本占比6個門類已知屬的83%,研究具備普遍意義。
6号棋牌链接2022年起,中國地質大學(武漢)地球科學學院教授宋海軍團隊利用深度學習方法,開發(fā)了一個自動化模型(命名DeepMorph),對這一問題展開研究。近日,相關成果發(fā)表在國際學術期刊《自然·生態(tài)與進化》(Nature Ecology&Evolution)上。
團隊早期工作包括使用深度學習方法開展基于圖像化石形態(tài)的智能識別。為此,團隊搜集和整理了包括所有常見化石的50個類別、41.53萬張照片的化石圖像數(shù)據(jù)集,以及涵蓋22個類別、3.08萬張照片的薄片化石數(shù)據(jù)集,并實現(xiàn)了基于化石圖像的形態(tài)特征自動提取、數(shù)字化處理。
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