说到算命,大家第一反应很可能是在路边摆个小摊、立个牌子,声称看一眼手相就能知道事业运势的算命先生。迷信活动自然绝不可相信,但当算命这个词出现在古生物学家的世界里,它可以有一个“高大上”的解释:通过对已知信息的归纳分析,推测生命形态演变过程。是的,古生物学家能通过动物的长相,“算”出它们在灭绝中的命运。
在地球的历史上,曾发生过五次大规模生物灭绝事件,其中最著名的可能是发生在白垩纪末的“小行星撞击地球”。众所周知,高大威猛的恐龙们就是在这次事件中全部灭绝的,但那些体型较为矮小的哺乳动物则幸存了下来,其中的一个物种最终演化为我们人类。实际上,这也说明了在白垩纪末的这次灭绝中,动物的形态与它们是否面临灭绝很可能有强烈的关联。
发生在距今约2.52亿年的二叠纪末大灭绝,可以说是历史上最严重的一次大灭绝事件,被称为“大灭绝之母”。它导致高达96%的海中生物消失,其中就包括鼎鼎有名的三叶虫和板足鲎。这次灭绝事件历时很长,其中渐进期持续了约数百万年,而高峰期在最后的100万年发生。
有些动物在渐进期灭亡,而更多的则在高峰期灭绝,如小型的甲壳动物和介形纲(Ostracoda),与大型的、固着不动的滤食性腕足动物(Brachiopoda)的大规模灭绝,先后相差了72万年到122万年。
最近,中国地质大学(武汉)地球科学学院宋海军教授开发了一种名为DeepMorph的自动化方法,这一方法能够将AI技术的深度学习模型与几何形态测量相结合,从而在化石图像中提取形态特征,揭示了海洋生物的不同“长相”如何决定了它们在二叠纪-三叠纪大灭绝事件中的命运。
具体来说,这一方法能够自动分析化石标本的轮廓,有效捕捉化石的形态,并将其简化为二维平面图形,从而将各种形态类型明显区分开来,再通过多次抽样重复这个过程。
研究发现,对于不同类群的动物,“长相”与命运的关系并不相同。先从菊石说起,菊石的灭绝称为形态上的不对称选择性灭绝。
具体而言,就是那些壳的结构复杂、且带有装饰性强的结构的种类大都灭绝了,而那些结构相对简单的种类(如齿菊石目Ceratitida、前碟菊石目Prolecanitida)则幸存下来。此外,这些幸存的种类迅速演化出了许多新生的类型。而观察这些新生类型后发现,它们大体保留了光滑的特性,说明菊石的这种光滑的“样貌”与它们是否灭绝是具有强烈的相关性的。
在历史上,五次大灭绝的发生原因各不相同,诸如火山爆发、气候变化、行星撞击等。因此,每次灭绝事件对环境的影响不同,受其影响而灭绝的生物也各不相同。例如,菊石依靠耐低氧的能力渡过了多次大灭绝,但在白垩纪末严重的海洋酸化中,因为钙质壳无法形成而最终灭绝;牙形石在最为严重的二叠纪末大灭绝中受影响不大,但在程度较弱的三叠纪末大灭绝中却未能幸存。
自人类文明诞生以来,物种灭绝的速度约是人类出现前平均灭绝速度的100倍。极端高温、酸雨、林木和栖息地破坏、生物入侵和环境污染……这些人类活动造成的环境问题已使83%的野生动物灭绝。那么,在人类干扰如此严重的情况下,哪些物种、哪些类群、哪些生态系统更容易灭绝?宋海军教授表示,在AI的帮助下,通过分析化石记录中的形态多样性变化,可以更好地预测和应对当前生物多样性面临的威胁。