人工智能发现了地球生物灭绝的惊人模式

　　物种大灭绝允许许多新物种进化的想法是进化的中心概念，但是一项利用人工智能检查化石记录的新研究发现，这种说法很少是真的，因此必须有另一种解释。

　　查尔斯·达尔文（Charles Darwin）的地标性作品《物种起源》以他的进化论作了漂亮的总结，“这种生命观中有一种宏伟，它具有多种力量，最初被吸纳成几种形式或一种形式; 而且，尽管这颗行星按照固定的万有引力定律旋转着，但从如此简单的开始，无尽的形式已经形成，并且一直在不断发展。

　　实际上，科学家现在知道，曾经存在的大多数物种都已灭绝。物种的灭绝总体上与地球历史上新物种的起源大致平衡，科学家称其为大规模灭绝事件。长期以来，科学家一直认为，物种大灭绝创造了物种进化或“辐射”的生产期，这种模式称为“创意破坏”。东京工业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检查了化石物种的共现，并发现辐射和灭绝很少联系在一起，因此大规模灭绝很可能很少引起相当规模的辐射。

　　创造性破坏是经典进化概念的核心。显然，在某些时期中突然有许多物种突然消失，而有许多新物种突然出现。然而，与灭绝事件规模相当的辐射，因此被本研究称为大规模辐射，其接受的分析远远少于灭绝事件。

　　这项研究比较了化石可利用的整个时期内的灭绝和辐射的影响，所谓的化生代离子。代生代（在希腊语中是“表观生命”的意思）代表了地球约45亿年历史中最近的约5.5亿年，对古生物学家意义重大：在此之前，存在的大多数生物都是难以形成化石的微生物，因此很难观察到先前的进化记录。

　　这项新研究表明，创造性毁灭并不是对物种的起源和灭绝的好描述，并且表明，进化辐射的许多最显着时期发生在生命进入新的进化和生态领域时，例如寒武纪。动物多样性的爆发和森林生物群落的石炭纪扩张。对于微生物统治的前30亿年，这是否成立还不得而知，因为关于这种古老多样性的记录信息稀缺，无法进行类似的分析。

　　古生物学家已经在古生代化石记录中发现了一些最严重的大规模灭绝事件。这些主要包括五个大灭绝，例如二叠纪末期大灭绝，据估计其中超过70％的物种已经灭绝。现在，生物学家建议我们可能正在进入“第六次大灭绝”，他们认为这主要是由人类活动引起的，包括狩猎和农业扩张引起的土地利用变化。众所周知的“前五大”物种大灭绝的例子是白垩纪-第三纪（通常缩写为“ KT”，使用白垩纪的德语拼写），这似乎是大约6500万年前流星撞击地球时造成的，消灭非禽类恐龙。

　　通过观察化石记录，科学家们开始相信大灭绝事件会产生特别有效的辐射。例如，在灭绝KT的恐龙事件中，通常认为是开垦了一块荒地，使哺乳动物等生物得以重新定殖和“辐射”，从而允许各种新的哺乳动物物种进化，最终奠定了基础。为了人类的出现。换句话说，如果没有发生“创造性破坏”的KT事件，也许我们不会在这里讨论这个问题。

　　这项新的研究始于在ELSI的“ Agora”（一个大型休息室）中进行的随意讨论，在这里，ELSI的科学家和访客经常吃午饭并进行新的对话。该论文的两位作者是进化生物学家Jennifer Hoyal Cuthill（现为英国埃塞克斯大学的研究员）和物理学家/机器学习专家Nicholas Guttenberg（现为Cross Labs的研究科学家，与捷克GoodAI合作），这项工作开始时，他们都是ELSI的博士后学者，他们围绕着是否可以使用机器学习来可视化和理解化石记录这一问题展开讨论。

　　在访问ELSI期间，就在COVID-19大流行开始限制国际旅行之前，他们热心工作以扩展其分析范围，以研究灭绝和辐射事件之间的相关性。这些讨论使他们能够将其新数据与有关大规模灭绝和辐射的现有观点的广度联系起来。他们很快发现，借助机器学习识别的进化模式在关键方面与传统解释不同。

　　该团队使用一种新颖的机器学习应用程序来检查古生代化石记录中物种的时间共现，并在庞大的精选公共数据库中检查了超过一百万个条目，其中包括近二十万个物种。

　　主要作者霍亚尔·卡特希尔（Hoyal Cuthill）博士说：“了解生命史的一些最具挑战性的方面是所涉物种的时间尺度和数量巨大。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此信息。可以这么说，这意味着我们可以掌控五十年的发展，并从我们所看到的中获得新的见解。”

　　利用他们的客观方法，他们发现以前由古生物学家确定的“五大”灭绝事件是通过机器学习方法发现的，是灭绝超过辐射或反之亦然的重大破坏的前5％，其中七个额外的质量灭绝，两次合并的质量灭绝辐射事件和十五次质量辐射。出乎意料的是，与之前强调灭绝后辐射重要性的叙述相反，这项工作发现，最可比的质量辐射和灭绝在时间上很少耦合，从而驳斥了它们之间的因果关系。

　　合著者Nicholas Guttenberg博士说：“生态系统是动态的，您不必为了使新事物出现而必须砍掉现有的碎片。”

　　研究小组进一步发现，辐射实际上可能导致现有生态系统发生重大变化，这一想法被作者称为“破坏性创造”。他们发现，平均而言，在古生代时期，在任何时候组成一个生态系统的物种几乎都在1900万年后消失了。但是，当发生大规模灭绝或辐射时，这种周转率要高得多。

　　这为现代“第六次灭绝”的发生提供了新的视角。始于250万年前的第四纪时期见证了反复的气候动荡，包括冰川的剧烈变化，即地球上高纬度地区被冰雪覆盖的时期。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，作者建议，至少要花费800万年才能恢复到1900万年的长期平均水平。霍亚尔·卡特希尔（Hoyal Cuthill）博士评论说：“我们手表上发生的每一次灭绝都会消灭一种物种，这种物种可能已经存在了数百万年，直到现在，这使得新物种起源的正常过程更难以替代丢失的物种。 ”