Применяя алгоритм, похожий на тот, который Facebook использует для предложения друзей, исследователи определили сообщества древней жизни в летописи окаменелостей и отследили, как их численность менялась во время каждого массового вымирания планеты.
Как и ожидалось, количество сообществ - групп различных видов, живущих на одной и той же общей территории - сократилось во время массовых вымираний. Но скорость исчезновения сообществ не всегда связана с общей потерей жизни и биоразнообразия во время вымирания, что говорит о том, что экологические последствия вымирания не всегда связаны с количеством исчезающих видов.
«В нашей истории были времена, когда происходили крупные события, которые приводили к огромным изменениям в сообществах, но очень немногие виды исчезали», - сказал ведущий автор Дрю Муссенте, который проводил исследование, когда он был научным сотрудником с докторской степенью. Техасский университет в Школе наук о Земле Джексона в Остине. «И были случаи, когда многие виды исчезали, а сообщества и экосистемы практически не пострадали».
Мюсенте теперь доцент в Корнеллском колледже. Исследование было недавно опубликовано в журнале Geology.
Результаты подчеркивают важность изучения сообществ, чтобы получить более широкое представление об изменении окружающей среды - как в прошлом, так и в настоящем.
«Мы пытаемся понять, как изменения в этих сообществах приводят к фундаментальной трансформации целых экосистем», - сказал соавтор Роуэн Мартиндейл, доцент школы Джексона.
Идентификация сообществ в летописи окаменелостей общеизвестно трудна. Большинство исследований палеосообществ сосредоточено на сравнении образцов и коллекций окаменелостей, взятых из горных пород разного возраста и в разных местах. И хотя для группировки образцов в палеосообщества можно использовать обычные вычислительные методы, лучше всего они работают с относительно небольшими наборами данных, состоящими всего из нескольких сотен или тысяч коллекций окаменелостей. Из-за этого ограничения обычные методы можно применять только к данным из определенных регионов и периодов времени, а не ко всей записи.
Исследователи смогли преодолеть эти трудности и изучить всю летопись окаменелостей, применив алгоритм обнаружения сообщества, основанный на методах сетевого анализа. Компании, работающие в социальных сетях, известны тем, что используют такие методы для связи пользователей, но они все чаще применяются в ряде научных дисциплин.
По словам Муссенте, это исследование является первым случаем, когда сетевой анализ применяется для обнаружения палеосообществ на протяжении всей палеонтологической летописи морских животных - с момента появления первых животных до нынешней геологической эры.
Мэттью Клэпэм, профессор палеобиологии Калифорнийского университета в Санта-Круз, не участвовавший в исследовании, сказал, что еще одним преимуществом метода сетевого анализа является упор на визуализацию связей, а не только на типы присутствующих животных. в экосистеме.
«Это приближает анализ к тому, как на самом деле работали сообщества, потому что сообщества и взаимодействия между видами представляют собой сети», - сказал он.
Опираясь на базу данных из 124 605 коллекций окаменелостей морских животных со всего мира и представляя 25 749 живых и вымерших групп или родов животных, алгоритм выявил более 47 миллионов связей между этими образцами и систематизировал их в 3 937 различных палеосообществ.
В исследовании отслеживались сообщества и биоразнообразие за последние 541 миллион лет. Исследование показало, что, хотя массовые вымирания нанесли ущерб обоим видам, степень упадка иногда различалась..
Некоторые вымирания затронули сообщества больше, чем биоразнообразие. Некоторые из них повлияли на биоразнообразие больше, чем на сообщества. А на некоторых повлияло и то, и другое примерно одинаково.
Кроме того, исследователи не обнаружили связи между причиной вымирания и тем, нанесло ли оно большой урон сообществам или биоразнообразию.
Результаты показывают, что более серьезные экологические последствия вымирания больше связаны с тем, какие виды исчезают, а не с количеством потерянных видов. Если ключевые игроки среды сохранены, сообщества могут остаться нетронутыми. Но если слишком много таких игроков будет удалено, сообщество рухнет вместе с этим.
Мюсенте надеется, что методы сетевого анализа, впервые примененные в этом исследовании, могут быть улучшены и использованы для изучения современных экосистем.
"Я хотел бы попытаться преодолеть разрыв между рок-записями и настоящим", - сказал он.
Другими соавторами исследования являются ученые из Политехнического института Ренсселера, Университета Айдахо, Научного института Карнеги и Гарвардского университета.
Исследование финансировалось Фондом Кека, Обсерваторией Deep Carbon, Фондом Альфреда П. Слоуна, Институтом науки Карнеги и Национальным научным фондом.