Machine Learning hjælper med at omskrive jordens historie
Machine Learning hjælper med at omskrive jordens historie
Anonim

Darwins teori om artsdannelse, den proces, hvorved nye arter dukker op fra eksisterende, vedrørte den proces, hvorved flora og fauna tilpasser sig deres miljøer.

Men der er mere på planeten Jorden end individuelle planter og dyr. De er en del af et enormt økosystem - tænk på alle medlemmer af et koralrev eller regnskov - ødelagt og genfødt mange gange i Jordens historie.

Økosystemødelæggelse og efterfølgende genfødsel har længe været anset for at være et tilfælde af klar årsag og virkning. Efterhånden som en udryddelse sker, rejser nye arter sig fra asken og udfylder hullet.

Nu har et hold af jord- og biovidenskabelige forskere fra hele kloden brugt maskinlæring til at undersøge enorme mængder information om, hvordan liv udvikler sig på vores planet. Det, de opdagede, udfordrer det, vi troede, vi vidste om udryddelse, økosystemgenfødsel og arternes fremkomst.

Gruppens resultater har også betydning for medicin.

Hvad er masseudryddelser?

Ved en masseudryddelse dør et stort antal arter inden for en relativt kort periode. Som National Geographic udtrykker det: "I en håndfuld gange i de sidste 500 millioner år er 75 [procent] til mere end 90 procent af alle arter på Jorden forsvundet på et geologisk blink med øjet."

"Big Five" var de største udryddelser.

  • Ordovicium-Silur, for 440 millioner år siden.

  • Devon, for 365 millioner år siden.

  • Perm-trias, for 250 millioner år siden.

  • Trias-Jura, for 210 millioner år siden.

  • Kridt-Tertiær, for 65 millioner år siden.

Hvordan hjælper maskinlæring?

Brancheleder IBM definerer maskinlæring som "en gren af ​​kunstig intelligens (AI), der fokuserer på at bygge applikationer, der lærer af data og forbedrer deres nøjagtighed over tid uden at være programmeret til at gøre det." Disse applikationer, kaldet algoritmer, er "'trænet' til at finde mønstre og funktioner i enorme mængder data for at træffe beslutninger og forudsigelser baseret på nye data." Til denne undersøgelse analyserede forskernes algoritme over en million fossiler fra en offentlig database, der dækker over 200.000 arter, for at spore, hvordan udryddelser og efterfølgende liv fandt sted.

"Nogle af de mest udfordrende aspekter ved at forstå livets historie er de enorme tidsskalaer og antallet af involverede arter," sagde hovedforfatter Jennifer Hoyal Cuthill, PhD, i en pressemeddelelse. "Nye anvendelser af maskinlæring kan hjælpe ved at give os mulighed for at visualisere denne information… vi kan så at sige holde en halv milliard års evolution i vores håndflader og få ny indsigt fra det, vi ser."

Omskrivning af historie

I den konventionelle model er masseudryddelser en del af en proces kaldet "kreativ ødelæggelse". Mange nye arter dukker derefter op i et udbrud kaldet en "stråling". En af de mest kendte var opkomsten af ​​pattedyr efter dinosaurer forsvandt under Kridt-Tertiær-udryddelsen.

Hvad forskerne imidlertid fandt var, at "sammenlignelige massestrålinger og udryddelser kun sjældent blev koblet sammen i tide, hvilket modbeviste ideen om en årsagssammenhæng mellem dem." Faktisk fandt forskerne, hvad de kalder "destruktiv skabelse" - bevis på, at stråling i sig selv kan forårsage store ændringer i økosystemet. Arternes omsætningshastighed - hvor lang tid tager det, før størstedelen af ​​arterne er blevet erstattet af nye - accelererede med både masseudryddelser og massestråling.

Forskerne bemærkede, at den kvartære periode, som begyndte for 6 millioner år siden og fortsætter i dag, allerede har oplevet massive ændringer i klimaet, efterhånden som istider begynder og slutter. Nu er en såkaldt sjette udryddelse, "hovedsageligt forårsaget af menneskelig aktivitet, herunder jagt og ændringer i arealanvendelse forårsaget af udvidelsen af ​​landbruget," "eroderer biodiversiteten, der allerede var forstyrret."

Hvorfor betyder det noget?

Årsag #1

Biodiversitet spiller en vigtig, men undervurderet rolle i medicin. WHO siger, at "Tab i biodiversitet kan begrænse opdagelsen af ​​potentielle behandlinger for mange sygdomme og sundhedsproblemer." Netop i år fandt forskere fristende spor om, hvordan man bekæmper Covid-19 ved at analysere immunsystemet hos dyr som lamaer og hajer.

Dr. Cuthill fortalte Phys.org, at "Hver udryddelse, der sker på vores vagt, sletter en art, der kan have eksisteret i millioner af år indtil nu, hvilket gør det sværere for den normale proces med nye arters oprindelse at erstatte det, der går tabt."

Du har sikkert hørt om dodofugle og passagerduer som almindelige eksempler på menneskeskabte udryddelser. Ifølge en undersøgelse fra 2008 offentliggjort i Journal of the National Cancer Institute, "er de nuværende udryddelsesrater mindst 100 til 1.000 gange højere end naturlige baggrundsrater", og 15.000 medicinske urter er i fare. Selv før industrialiseringen menes menneskelig aktivitet at have ødelagt værdifulde planter som det legendariske romerske vidundermiddel silphium.

Årsag #2

Klimaændringer er blevet kaldt "vor tids afgørende krise" af FN's Flygtningeorganisation på grund af deres indflydelse på, hvor og hvordan mennesker - og i forlængelse heraf også andet liv - kan fortsætte med at leve. Omfattende forskning viser, at klimaændringer kan fremskynde udryddelsen mange gange. En undersøgelse i Proceedings of the National Academy of Sciences hævder, at "klimaændringer kan være en stor trussel mod biodiversiteten i de næste 100 år", med så mange som 44% af de undersøgte planter i et område, der allerede oplever lokal udryddelse. En anden undersøgelse identificerede hundredvis af arter i fare.

Økosystemet har hidtil været i stand til at selvkorrigere efter masseudryddelser og strålinger, men tidsskalaen dette sker i er svimlende. Ifølge Nature-undersøgelsens pressemeddelelse, efter den sjette udryddelse, "antyder forfatterne, at det vil tage mindst 8 millioner år for det at vende tilbage til det langsigtede gennemsnit på 19 millioner år."

The Take Home

Miljøbeskyttelsesbevægelser har fået damp i de sidste par årtier, men få mennesker sætter pris på, at udryddelser kan tage medicinske fremskridt. De nye resultater er en nøgtern påmindelse om, at virkningerne af klimaændringer og menneskeskabte udryddelser kan være endnu længerevarende og sværere at vende, end vi tror.

Sean Marsala er en sundhedsskribent med base i Philadelphia, Pa. Han er passioneret omkring teknologi og kan normalt findes ved at læse, surfe på internettet og udforske virtuelle verdener.

Populær af emne.