Три критических фактора массового вымирания в конце пермского периода

252 миллиона лет назад извержения вулканов привели к масштабным климатическим изменениям. В результате по всему миру вымерло около 75% всех наземных организмов и примерно 90% морских. Доктор Уильям Фостер из Центра исследований и устойчивости земных систем (CEN) Гамбургского университета и его коллеги использовали новую форму машинного обучения, чтобы выявить причины массового вымирания в океанах. Это стало возможным, потому что «машинная» часть машинного обучения обычно является «чёрным ящиком», но команде удалось его открыть: они определили не только то, какие организмы вымерли, а какие выжили, но и почему. Их результаты опубликованы в журнале Paleobiology.

Конец пермского периода характеризовался величайшим массовым вымиранием в истории Земли. Серия вулканических извержений в Сибири привела к массивному выбросу парниковых газов. В течение следующих нескольких тысячелетий климат в итоге потеплел на 10 градусов. В результате на суше вымерло около 75% всех организмов, в океанах — примерно 90%.

Проанализировав образ жизни вымерших морских организмов, команда смогла напрямую связать их вымирание со следующими климатическими изменениями: снижение уровня кислорода в воде, повышение температуры воды и, скорее всего, закисление океана.

Эти изменения схожи с текущими тенденциями. «Разумеется, наши выводы по пермскому периоду нельзя один к одному применять к современному изменению климата. Эти две климатические системы слишком различны, — говорит геонаучник Фостер. — Однако они показывают, какие черты были критически важны для выживания или вымирания организмов в схожих условиях. Это может дать нам ценные индикаторы того, кто или что окажется под наибольшим риском в будущем».

Команда проанализировала более 25 000 записей о 1 283 родах ископаемых морских организмов, таких как двустворчатые моллюски, улитки, губки, водоросли и ракообразные, из региона Южного Китая — все они имели минеральные скелеты или раковины. Их окаменелые остатки можно датировать специальным методом, что даёт представление о морских экосистемах миллионы лет назад. Также использовалась обширная база данных с информацией об экологических аспектах жизни этих организмов.

Для каждого рода анализировались 12 критериев. Делали ли определённые черты организм более устойчивым к условиям конца пермского периода? С помощью машинного обучения все эти факторы были проанализированы совместно и одновременно. В процессе машина, по сути, самостоятельно принимала рациональные решения. Затем команда сравнила результаты: какие организмы существовали до, во время и после массового вымирания?

Результаты выявили четыре наиболее важных фактора выживания в конце пермского периода: место обитания в толще воды, минерализация раковин, видовое разнообразие внутри рода и чувствительность к закислению.

«Но с предыдущими приложениями машинного обучения мы не могли сказать, как машина принимала решения», — отмечает Фостер.

Используя новый метод из теории игр, доктору Фостеру удалось раскрыть этот аспект. «Некоторые животные жили в более глубокой воде. Здесь машина показывает, что риск представляло ухудшение нехватки кислорода. Напротив, животные, обитавшие ближе к поверхности, сталкивались с повышением температуры воды. Кроме того, если у организма ограниченная среда обитания, ему некуда бежать, когда эта конкретная среда становится непригодной для жизни».

Таким образом, результаты показывают, какие черты организмов оказались потенциально фатальными. Команда в итоге подтвердила, что массовое вымирание можно напрямую связать с деоксигенацией, повышением температуры воды и закислением — что указывает на то, что в будущем климатическом кризисе эти же три фактора могут стать основными причинами вымирания в долгосрочной перспективе.