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【地球科普】我科研团队揭秘大灭绝事件中生物形态演变过程
2024-06-14 浏览次数:

来源: 科技日报

 作者: 吴纯新 王俊芳


6月13日,记者从中国地质大学(武汉)获悉,该校地球科学学院宋海军教授团队利用深度学习模型与几何形态测量相结合的方法,对海洋生物门类的化石图像进行分析,揭示出大灭绝期间形态多样性的动态变化。相关成果日前在《自然·生态与进化》上发表。


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在地球漫长历史中,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大量物种消失,更深刻地影响生物形态多样性。宋海军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海洋生物形态的演变。

形态多样性,即不同物种在形态上差异,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。然而,大规模灭绝事件却可能打破这种同步性,导致两者脱耦。

据介绍,该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。这一方法加快了形态数据提取过程,还减少了人为主观性,使得研究结果更加可重复和客观。

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,钙质生物受影响程度更大,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。

(受访单位供图)