地大新聞網訊 （記者 王俊芳）6月11日，中國地質大學（武漢）宋海軍教授團隊的研究成果《二疊紀—三疊紀大滅絕事件中海洋生物形態的異質性演化》在《自然·生態與進化》《Nature Ecology & Evolution》雜志發表。這是我校首次作為第一單位在該期刊上發表論文。地球科學學院2020級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）
在地球漫長的歷史中，曾發生過五次大規模的生物滅絕事件，其中最為嚴重的一次發生在距今約2.52億年的二疊紀—三疊紀之交。這次大滅絕不僅導致了大量物種的消失，更深刻地影響了生物形態的多樣性。宋海軍教授團隊完成的這項研究，利用深度學習技術，為我們揭示了這場災難如何塑造了海洋生物形態的演變。
顯生宙生物多樣性變化與五次大滅絕
形態多樣性，即不同物種在形態上的差異，是衡量生物多樣性的重要指標之一。在沒有大規模滅絕事件的“背景滅絕”期間，物種多樣性和形態多樣性通常是同步演化的。然而，大規模滅絕事件卻可能打破這種同步性，導致兩者的脫耦。
研究團隊開發了一種名為DeepMorph的自動化方法，利用深度學習模型與幾何形態測量相結合，從化石圖像中提取形態特征。這一方法不僅加快了形態數據的提取過程，還減少了人為的主觀性，使得研究結果更加可重復和客觀。
DeepMorph形態特征提取流程圖
團隊利用DeepMorph方法對599個屬、六個海洋生物門類的化石圖像進行分析，研究揭示了大滅絕期間形態多樣性的動態變化。研究發現，在二疊紀—三疊紀大滅絕期間，大部分門類，包含菊石類、腕足動物、介形類、雙殼類和腹足類，經歷了對復雜和裝飾性形態的選擇性滅絕，那些大型、復雜和強烈紋飾的形態類型滅絕更嚴重。而牙形動物則沒有表現出形態選擇性滅絕的跡象。
六個海洋生物門類在二疊紀—三疊紀大滅絕中形態空間的演變過程
六個海洋生物類群在經歷滅絕事件時表現出四種不同的形態演變模式，具體包括：菊石類的橫向選擇性滅絕，腕足類和介形類的邊緣選擇性滅絕，雙殼類和腹足類的非選擇性滅絕，牙形石的可忽略的形態滅絕。這種滅絕的選擇性和強度可能是由復雜的多因素影響所致，反映出不同演化枝和形態類型對環境耐受閾值的差異。例如，在海洋經歷酸化事件時，鈣質生物受影響的程度更大，并且對它們而言也更難建造復雜、厚重的殼體和紋飾。該研究結果對理解大滅絕如何重塑生物多樣性和生態系統結構提供了新見解。
二疊紀—三疊紀大滅絕中記錄到的四種形態演化模式
這項研究，不僅加深了我們對古生物形態演化的理解，更為我們評估現代生物多樣性面臨的滅絕風險提供了科學依據。通過分析化石記錄中的形態多樣性變化，我們可以更好地預測和應對當前生物多樣性面臨的威脅。此外，DeepMorph和其他深度學習方法展示了其在自動化、高效分析大規模數據的強大潛力，為未來開展深度學習與地球生物學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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