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A inteligência artificial encontra padrões surpreendentes nas extinções em massa biológica da Terra
Essa extinção de espécies foi, em geral, balanceada pela origem de novas espécies ao longo da história da Terra, com alguns grandes desequilíbrios temporários que os cientistas chamam de eventos de extinção em massa .
Por Instituto de Tecnologia de Tóquio - 10/12/2020


Um novo estudo aplica o aprendizado de máquina ao registro fóssil para visualizar a história da vida, mostrando os impactos de grandes eventos evolutivos. Isso mostra os impactos evolutivos e ecológicos de longo prazo dos principais eventos de extinção e especiação. As cores representam os períodos geológicos desde o Toniano, começando 1 bilhão de anos atrás, em amarelo, até o atual período quaternário, mostrado em verde. A transição da cor vermelha para a azul marca a extinção em massa do final do Permiano, um dos eventos mais perturbadores no registro fóssil. Crédito: J. Hoyal Cuthill e N. Guttenberg.

O marco da obra de Charles Darwin "Sobre a origem das espécies" termina com um belo resumo de sua teoria da evolução: "Há uma grandeza nessa visão da vida, com seus vários poderes, tendo sido originalmente soprada em algumas formas ou em uma ; e que, enquanto este planeta continua girando de acordo com a lei fixa da gravidade, de um começo tão simples, as formas infinitas mais belas e maravilhosas foram, e estão sendo, evoluídas. " Na verdade, os cientistas agora sabem que a maioria das espécies que já existiram estão extintas.

Essa extinção de espécies foi, em geral, balanceada pela origem de novas espécies ao longo da história da Terra, com alguns grandes desequilíbrios temporários que os cientistas chamam de eventos de extinção em massa . Os cientistas há muito acreditam que as extinções em massa criam períodos produtivos de evolução das espécies , ou "radiações", um modelo denominado "destruição criativa". Um novo estudo conduzido por cientistas afiliados ao Earth-Life Science Institute (ELSI) no Instituto de Tecnologia de Tóquio usou o aprendizado de máquina para examinar a coocorrência de espécies fósseis e descobriu que radiações e extinções raramente são conectadas e, portanto, extinções em massa provavelmente raramente causar radiações de escala comparável.

A destruição criativa é central para os conceitos clássicos de evolução. Parece claro que há períodos em que muitas espécies desaparecem repentinamente e muitas espécies novas aparecem repentinamente. No entanto, radiações de uma escala comparável às extinções em massa, que este estudo, portanto, chama de radiações em massa, receberam muito menos análises do que eventos de extinção. Este estudo comparou os impactos da extinção e da radiaçãoao longo do período para o qual os fósseis estão disponíveis, o chamado Eon Fanerozóico. O Fanerozóico (do grego significa "vida aparente"), representa o período mais recente de ~ 550 milhões de anos da história total da Terra de ~ 4,5 bilhões de anos e é significativo para os paleontólogos: antes deste período, a maioria dos organismos que existiam eram micróbios que não formavam fósseis facilmente, então o registro evolutivo anterior é difícil de observar. O novo estudo sugere que a destruição criativa não é uma boa descrição de como as espécies se originaram ou se extinguiram durante o Fanerozóico e sugere que muitos dos períodos mais notáveis ​​de radiação evolutiva ocorreram quando a vida entrou em novas arenas evolucionárias e ecológicas, como durante o Cambriano. explosão da diversidade animal e expansão carbonífera dos biomas florestais.
 
Os paleontologistas identificaram um punhado dos eventos de extinção em massa mais graves no registro fóssil fanerozóico. Isso inclui principalmente as "Cinco Grandes" extinções em massa, como a extinção em massa do final do Permiano, na qual se estima que mais de 70% das espécies foram extintas. Os biólogos já sugeriram que podemos estar entrando na sexta extinção em massa, que eles acreditam ser causada principalmente pela atividade humana, incluindo caça e mudanças no uso da terra causadas pela expansão da agricultura.

Um exemplo comumente observado das extinções em massa dos "Cinco Grandes" anteriores é a extinção do Cretáceo-Terciário (geralmente abreviada como "KT", usando a grafia alemã do Cretáceo), que parece ter sido causada quando um meteoro atingiu a Terra ~ 65 milhões de anos atrás , acabando com os dinossauros não aviários. Observando o registro fóssil, os cientistas passaram a acreditar que os eventos de extinção em massa criam radiações especialmente produtivas. Por exemplo, no evento de exterminação de dinossauros KT, foi convencionalmente suposto que o desastre criou uma terra devastada, que permitiu que organismos como os mamíferos se recolonizassem e "irradiassem", permitindo a evolução de todos os tipos de novas espécies de mamíferos, finalmente estabelecendo o fundamento para o surgimento dos humanos. Em outras palavras, se o evento KT de "destruição criativa" não tivesse ocorrido,

O novo estudo começou com uma discussão casual no "Agora" do ELSI, uma grande sala comum onde os cientistas e visitantes do ELSI costumam almoçar e iniciar novas conversas. Dois dos autores do artigo, a bióloga evolucionária Jennifer Hoyal Cuthill (agora pesquisadora na Essex University no Reino Unido) e o físico / especialista em aprendizado de máquina Nicholas Guttenberg (agora um cientista pesquisador da Cross Labs trabalhando em colaboração com a GoodAI na República Tcheca), que eram bolsistas de pós-doutorado na ELSI quando o trabalho começou, discutiam se o aprendizado de máquina poderia ser usado para visualizar e entender o registro fóssil.

Durante uma visita à ELSI, pouco antes da pandemia COVID-19 começar a restringir as viagens internacionais, eles trabalharam arduamente para estender sua análise para examinar a correlação entre extinção e eventos de radiação. Essas discussões permitiram que eles relacionassem seus novos dados à amplitude das idéias existentes sobre extinções e radiações em massa. Eles descobriram rapidamente que os padrões evolutivos identificados com a ajuda do aprendizado de máquina diferiam em aspectos essenciais das interpretações tradicionais.

A equipe usou um novo aplicativo de aprendizado de máquina para examinar a coocorrência temporal de espécies no registro fóssil fanerozóico, examinando mais de 1 milhão de entradas em um enorme banco de dados público com curadoria, incluindo quase 200.000 espécies.

O autor principal, Dr. Hoyal Cuthill, disse: "Alguns dos aspectos mais desafiadores da compreensão da história da vida são as enormes escalas de tempo e o número de espécies envolvidas. Novas aplicações de aprendizado de máquina podem ajudar, permitindo-nos visualizar essas informações em um formato legível forma. Isso significa que podemos, por assim dizer, manter meio bilhão de anos de evolução nas palmas das mãos e obter novos insights com o que vemos. "

Usando seus métodos objetivos, eles descobriram que os "cinco grandes" eventos de extinção em massa previamente identificados por paleontólogos foram captados pelos métodos de aprendizado de máquina como estando entre os 5% principais de interrupções significativas em que a extinção ultrapassou a radiação ou vice-versa, assim como sete extinções em massa adicionais, dois eventos combinados de extinção em massa e radiação e 15 radiações em massa. Surpreendentemente, em contraste com as narrativas anteriores enfatizando a importância das radiações pós-extinção, este trabalho descobriu que as radiações em massa e extinções mais comparáveis ​​raramente eram acopladas no tempo, refutando a ideia de uma relação causal entre elas.

O co-autor, Dr. Nicholas Guttenberg, disse: "O ecossistema é dinâmico, você não precisa necessariamente descascar uma peça existente para permitir que algo novo apareça."

A equipe descobriu ainda que as radiações podem, de fato, causar grandes mudanças nos ecossistemas existentes, uma ideia que os autores chamam de "criação destrutiva". Eles descobriram que, durante o Eon Fanerozóico, em média, as espécies que constituíram um ecossistema em qualquer época quase todas desapareceram 19 milhões de anos depois. Mas quando ocorrem extinções em massa ou radiações, essa taxa de rotatividade é muito maior.

Isso dá uma nova perspectiva sobre como a sexta extinção moderna está ocorrendo. O período quaternário, que começou 2,5 milhões de anos atrás, testemunhou repetidas turbulências climáticas, incluindo dramáticas alternâncias de glaciação, épocas em que locais de alta latitude na Terra estavam cobertos de gelo. Isso significa que a sexta extinção atual está corroendo a biodiversidade que já estava destruída, e os autores sugerem que levará pelo menos 8 milhões de anos para que ela volte à média de longo prazo de 19 milhões de anos. O Dr. Hoyal Cuthill disse: "Cada extinção que acontece em nosso relógio apaga uma espécie que pode ter existido por milhões de anos até agora, tornando mais difícil para o processo normal de novas espécies origem para substituir o que está sendo perdido. "

 

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