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地大研究团队开发深度学习模型 揭秘生物在史上最大灭绝事件中形态演变过程

发表时间:2024-06-12     点击:次     编辑:孙彦钦

地大新闻网讯 (记者 王俊芳)6月11日,糖心vlog白桃少女牛仔裤(武汉)宋海军教授团队的研究成果《二叠纪—三叠纪大灭绝事件中海洋生物形态的异质性演化》在《自然·生态与进化》《Nature Ecology & Evolution》杂志发表。这是糖心vlog白桃少女牛仔裤首次作为第一单位在该期刊上发表论文。地球科学学院2020级博士生刘小康是论文第一作者,宋海军教授是通讯作者。

宋海军教授(右)与刘小康博士(左)

在地球漫长的历史中,曾发生过五次大规模的生物灭绝事件,其中最为严重的一次发生在距今约2.52亿年的二叠纪—三叠纪之交。这次大灭绝不仅导致了大量物种的消失,更深刻地影响了生物形态的多样性。宋海军教授团队完成的这项研究,利用深度学习技术,为我们揭示了这场灾难如何塑造了海洋生物形态的演变。

显生宙生物多样性变化与五次大灭绝

形态多样性,即不同物种在形态上的差异,是衡量生物多样性的重要指标之一。在没有大规模灭绝事件的“背景灭绝”期间,物种多样性和形态多样性通常是同步演化的。然而,大规模灭绝事件却可能打破这种同步性,导致两者的脱耦。

研究团队开发了一种名为DeepMorph的自动化方法,利用深度学习模型与几何形态测量相结合,从化石图像中提取形态特征。这一方法不仅加快了形态数据的提取过程,还减少了人为的主观性,使得研究结果更加可重复和客观。

DeepMorph形态特征提取流程图

团队利用DeepMorph方法对599个属、六个海洋生物门类的化石图像进行分析,研究揭示了大灭绝期间形态多样性的动态变化。研究发现,在二叠纪—三叠纪大灭绝期间,大部分门类,包含菊石类、腕足动物、介形类、双壳类和腹足类,经历了对复杂和装饰性形态的选择性灭绝,那些大型、复杂和强烈纹饰的形态类型灭绝更严重。而牙形动物则没有表现出形态选择性灭绝的迹象。

六个海洋生物门类在二叠纪—三叠纪大灭绝中形态空间的演变过程

六个海洋生物类群在经历灭绝事件时表现出四种不同的形态演变模式,具体包括:菊石类的横向选择性灭绝,腕足类和介形类的边缘选择性灭绝,双壳类和腹足类的非选择性灭绝,牙形石的可忽略的形态灭绝。这种灭绝的选择性和强度可能是由复杂的多因素影响所致,反映出不同演化枝和形态类型对环境耐受阈值的差异。例如,在海洋经历酸化事件时,钙质生物受影响的程度更大,并且对它们而言也更难建造复杂、厚重的壳体和纹饰。该研究结果对理解大灭绝如何重塑生物多样性和生态系统结构提供了新见解。

二叠纪—三叠纪大灭绝中记录到的四种形态演化模式

这项研究,不仅加深了我们对古生物形态演化的理解,更为我们评估现代生物多样性面临的灭绝风险提供了科学依据。通过分析化石记录中的形态多样性变化,我们可以更好地预测和应对当前生物多样性面临的威胁。此外,DeepMorph和其他深度学习方法展示了其在自动化、高效分析大规模数据的强大潜力,为未来开展深度学习与地球生物学的更多交叉研究提供可能。(编辑 王俊芳  审稿 陈华文

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