Maschinelles Lernen hilft, die Geschichte der Erde neu zu schreiben
Maschinelles Lernen hilft, die Geschichte der Erde neu zu schreiben
Anonim

Darwins Theorie der Artbildung, des Prozesses, durch den neue Arten aus bestehenden hervorgehen, betraf den Prozess, durch den sich Flora und Fauna an ihre Umgebung anpassen.

Aber der Planet Erde hat mehr zu bieten als einzelne Pflanzen und Tiere. Sie sind Teil eines riesigen Ökosystems – denken Sie an alle Mitglieder eines Korallenriffs oder Regenwaldes – die in der Erdgeschichte viele Male zerstört und wiedergeboren wurden.

Die Zerstörung von Ökosystemen und die anschließende Wiedergeburt wurden lange Zeit als ein Fall von eindeutiger Ursache und Wirkung angesehen. Wenn ein Aussterben stattfindet, erheben sich neue Arten aus der Asche und füllen die Lücke.

Nun hat ein Team von Geo- und Life-Science-Forschern aus der ganzen Welt mit maschinellem Lernen zum ersten Mal riesige Mengen an Informationen über die Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten untersucht. Was sie entdeckten, stellt das in Frage, was wir über das Aussterben, die Wiedergeburt von Ökosystemen und die Entstehung von Arten zu wissen glaubten.

Die Ergebnisse der Gruppe haben auch Auswirkungen auf die Medizin.

Was sind Massensterben?

Bei einem Massensterben sterben innerhalb relativ kurzer Zeit eine Vielzahl von Arten ab. Wie National Geographic es ausdrückt: „In wenigen Fällen in den letzten 500 Millionen Jahren sind 75 [Prozent] bis mehr als 90 Prozent aller Arten auf der Erde in einem geologischen Wimpernschlag verschwunden.“

Die „ Big Five “waren die größten Aussterben.

  • Ordovizium-Silur, vor 440 Millionen Jahren.

  • Devon, vor 365 Millionen Jahren.

  • Perm-Trias, vor 250 Millionen Jahren.

  • Trias-Jura, vor 210 Millionen Jahren.

  • Kreide-Tertiär, vor 65 Millionen Jahren.

Wie hilft maschinelles Lernen?

Der Branchenführer IBM definiert maschinelles Lernen als „einen Zweig der künstlichen Intelligenz (KI), der sich auf die Entwicklung von Anwendungen konzentriert, die aus Daten lernen und ihre Genauigkeit im Laufe der Zeit verbessern, ohne dafür programmiert zu sein“. Diese Anwendungen, die als Algorithmen bezeichnet werden, sind „darauf trainiert“, Muster und Merkmale in riesigen Datenmengen zu finden, um auf der Grundlage neuer Daten Entscheidungen und Vorhersagen zu treffen.“Für diese Studie analysierte der Algorithmus der Forscher über eine Million Fossilien aus einer öffentlichen Datenbank mit über 200.000 Arten, um zu verfolgen, wie Aussterben und späteres Leben auftraten.

„Einige der schwierigsten Aspekte beim Verständnis der Geschichte des Lebens sind die enormen Zeiträume und die Anzahl der beteiligten Arten“, sagte die Hauptautorin Jennifer Hoyal Cuthill, PhD, in einer Pressemitteilung. „Neue Anwendungen des maschinellen Lernens können uns dabei helfen, Visualisieren Sie diese Informationen … wir können sozusagen eine halbe Milliarde Jahre Evolution in unseren Händen halten und aus dem, was wir sehen, neue Erkenntnisse gewinnen.“

Geschichte neu schreiben

Im konventionellen Modell sind Massenaussterben Teil eines Prozesses, der als „kreative Zerstörung“bezeichnet wird. Viele neue Arten tauchen dann in einem Ausbruch auf, der als "Strahlung" bezeichnet wird. Einer der bekanntesten war der Aufstieg der Säugetiere nach dem Verschwinden der Dinosaurier während des Aussterbens der Kreide und des Tertiärs.

Die Forscher fanden jedoch heraus, dass „vergleichbare Massenstrahlungen und Extinktionen nur selten zeitlich gekoppelt waren, was die Idee eines kausalen Zusammenhangs zwischen ihnen widerlegt“. Tatsächlich fanden die Forscher das, was sie „zerstörerische Schöpfung“nennen – ein Beweis dafür, dass Strahlungen selbst große Veränderungen im Ökosystem verursachen können. Die Rate des Artenumsatzes – wie lange es dauert, bis die Mehrheit der Arten durch neue ersetzt wurde – beschleunigte sich sowohl durch Massenaussterben als auch durch Massenstrahlungen.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Quartär, das vor 6 Millionen Jahren begann und bis heute andauert, mit Beginn und Ende der Eiszeiten bereits massive Klimaänderungen durchgemacht hat. Nun, ein sogenanntes sechstes Aussterben, „hauptsächlich verursacht durch menschliche Aktivitäten, einschließlich Jagd und Landnutzungsänderungen durch die Ausweitung der Landwirtschaft“, ist „die Erosion der bereits zerstörten Biodiversität“.

Warum ist das wichtig?

Grund Nr. 1

Biodiversität spielt in der Medizin eine wichtige, aber unterschätzte Rolle. Die WHO sagt, dass „der Verlust der biologischen Vielfalt die Entdeckung potenzieller Behandlungen für viele Krankheiten und Gesundheitsprobleme einschränken kann“. Erst in diesem Jahr fanden Forscher verlockende Hinweise zur Bekämpfung von Covid-19, indem sie das Immunsystem von Tieren wie Lamas und Haien analysierten.

Dr. Cuthill sagte gegenüber Phys.org: „Jedes Aussterben, das auf unserer Wache stattfindet, löscht eine Spezies aus, die vielleicht schon seit Millionen von Jahren existiert, was es für den normalen Prozess der Entstehung neuer Arten schwieriger macht, das zu ersetzen, was verloren geht."

Sie haben wahrscheinlich von Dodo-Vögeln und Wandertauben gehört, die häufige Beispiele für vom Menschen verursachte Aussterben sind. Laut einer Studie aus dem Jahr 2008, die im Journal of the National Cancer Institute veröffentlicht wurde, „sind die aktuellen Aussterberaten mindestens 100- bis 1.000-mal höher als die natürlichen Hintergrundraten“und 15.000 Heilkräuter sind gefährdet. Schon vor der Industrialisierung soll der Mensch wertvolle Pflanzen wie das legendäre römische Wundermittel Silphium zerstört haben.

Grund #2

Der Klimawandel wurde vom UN-Flüchtlingshilfswerk als „die entscheidende Krise unserer Zeit“bezeichnet, da er sich darauf auswirkt, wo und wie Menschen – und damit auch andere Lebensformen – weiterleben können. Umfangreiche Forschungen zeigen, dass der Klimawandel das Aussterben um ein Vielfaches beschleunigen kann. Eine Studie in Proceedings of the National Academy of Sciences behauptet, dass „der Klimawandel in den nächsten 100 Jahren eine große Bedrohung für die Biodiversität darstellen könnte“, wobei bis zu 44% der untersuchten Pflanzen in einem Gebiet bereits lokal vom Aussterben betroffen sind. Eine andere Studie identifizierte Hunderte von gefährdeten Arten.

Das Ökosystem war bisher in der Lage, sich nach Massenaussterben und Strahlungen selbst zu korrigieren, aber die Zeitskala, in der dies geschieht, ist atemberaubend. Laut der Pressemitteilung der Nature-Studie nach dem sechsten Aussterben „schlagen die Autoren vor, dass es mindestens 8 Millionen Jahre dauern wird, bis der langfristige Durchschnitt von 19 Millionen Jahren wieder erreicht ist“.

Das Mitnehmen

Umweltschutzbewegungen haben in den letzten Jahrzehnten an Fahrt gewonnen, aber nur wenige Menschen wissen, dass die Zahl der Aussterben durch den medizinischen Fortschritt zunehmen kann. Die neuen Erkenntnisse sind eine ernüchternde Erinnerung daran, dass die Auswirkungen des Klimawandels und des vom Menschen verursachten Aussterbens noch länger andauern und schwieriger rückgängig zu machen sein könnten, als wir denken.

Sean Marsala ist ein Gesundheitsjournalist mit Sitz in Philadelphia, Pennsylvania. Er ist leidenschaftlich an Technologie interessiert und kann normalerweise beim Lesen, Surfen im Internet und beim Erkunden virtueller Welten gefunden werden.

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