地大新聞網(wǎng)訊 （記者 王俊芳）6月11日，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）宋海軍教授團(tuán)隊(duì)的研究成果《二疊紀(jì)—三疊紀(jì)大滅絕事件中海洋生物形態(tài)的異質(zhì)性演化》在《自然·生態(tài)與進(jìn)化》《Nature Ecology & Evolution》雜志發(fā)表。這是我校首次作為第一單位在該期刊上發(fā)表論文。地球科學(xué)學(xué)院2020級(jí)博士生劉小康是論文第一作者，宋海軍教授是通訊作者。
宋海軍教授（右）與劉小康博士（左）
在地球漫長(zhǎng)的歷史中，曾發(fā)生過(guò)五次大規(guī)模的生物滅絕事件，其中最為嚴(yán)重的一次發(fā)生在距今約2.52億年的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交。這次大滅絕不僅導(dǎo)致了大量物種的消失，更深刻地影響了生物形態(tài)的多樣性。宋海軍教授團(tuán)隊(duì)完成的這項(xiàng)研究，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，為我們揭示了這場(chǎng)災(zāi)難如何塑造了海洋生物形態(tài)的演變。
顯生宙生物多樣性變化與五次大滅絕
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(biāo)之一。在沒(méi)有大規(guī)模滅絕事件的“背景滅絕”期間，物種多樣性和形態(tài)多樣性通常是同步演化的。然而，大規(guī)模滅絕事件卻可能打破這種同步性，導(dǎo)致兩者的脫耦。
研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種名為DeepMorph的自動(dòng)化方法，利用深度學(xué)習(xí)模型與幾何形態(tài)測(cè)量相結(jié)合，從化石圖像中提取形態(tài)特征。這一方法不僅加快了形態(tài)數(shù)據(jù)的提取過(guò)程，還減少了人為的主觀(guān)性，使得研究結(jié)果更加可重復(fù)和客觀(guān)。
DeepMorph形態(tài)特征提取流程圖
團(tuán)隊(duì)利用DeepMorph方法對(duì)599個(gè)屬、六個(gè)海洋生物門(mén)類(lèi)的化石圖像進(jìn)行分析，研究揭示了大滅絕期間形態(tài)多樣性的動(dòng)態(tài)變化。研究發(fā)現(xiàn)，在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)大滅絕期間，大部分門(mén)類(lèi)，包含菊石類(lèi)、腕足動(dòng)物、介形類(lèi)、雙殼類(lèi)和腹足類(lèi)，經(jīng)歷了對(duì)復(fù)雜和裝飾性形態(tài)的選擇性滅絕，那些大型、復(fù)雜和強(qiáng)烈紋飾的形態(tài)類(lèi)型滅絕更嚴(yán)重。而牙形動(dòng)物則沒(méi)有表現(xiàn)出形態(tài)選擇性滅絕的跡象。
六個(gè)海洋生物門(mén)類(lèi)在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)大滅絕中形態(tài)空間的演變過(guò)程
六個(gè)海洋生物類(lèi)群在經(jīng)歷滅絕事件時(shí)表現(xiàn)出四種不同的形態(tài)演變模式，具體包括：菊石類(lèi)的橫向選擇性滅絕，腕足類(lèi)和介形類(lèi)的邊緣選擇性滅絕，雙殼類(lèi)和腹足類(lèi)的非選擇性滅絕，牙形石的可忽略的形態(tài)滅絕。這種滅絕的選擇性和強(qiáng)度可能是由復(fù)雜的多因素影響所致，反映出不同演化枝和形態(tài)類(lèi)型對(duì)環(huán)境耐受閾值的差異。例如，在海洋經(jīng)歷酸化事件時(shí)，鈣質(zhì)生物受影響的程度更大，并且對(duì)它們而言也更難建造復(fù)雜、厚重的殼體和紋飾。該研究結(jié)果對(duì)理解大滅絕如何重塑生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了新見(jiàn)解。
二疊紀(jì)—三疊紀(jì)大滅絕中記錄到的四種形態(tài)演化模式
這項(xiàng)研究，不僅加深了我們對(duì)古生物形態(tài)演化的理解，更為我們?cè)u(píng)估現(xiàn)代生物多樣性面臨的滅絕風(fēng)險(xiǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。通過(guò)分析化石記錄中的形態(tài)多樣性變化，我們可以更好地預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)當(dāng)前生物多樣性面臨的威脅。此外，DeepMorph和其他深度學(xué)習(xí)方法展示了其在自動(dòng)化、高效分析大規(guī)模數(shù)據(jù)的強(qiáng)大潛力，為未來(lái)開(kāi)展深度學(xué)習(xí)與地球生物學(xué)的更多交叉研究提供可能。（編輯 王俊芳 審稿 陳華文）
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