252 миллиона лет назад Земля столкнулась с самым масштабным вымиранием в своей истории. В новой научной работе палеонтологи описали, как они применяли машинное обучение для определения ключевых факторов, обеспечивших выживание организмов в период глобального кризиса.
На протяжении своей долгой истории планета Земля столкнулась с рядом эпизодов, характеризующихся массовым вымиранием видов. Крупнейшим из них было великое пермское вымирание, которое произошло на границе палеозойской и мезозойской эр, около 252 миллионов лет назад.
По оценкам ученых, в результате этого события погибло около 75% всех наземных видов и 90% морских организмов. Предполагается, что наиболее вероятной причиной считают извержения огромных вулканов в Сибири, которые выбросили в атмосферу очень много парниковых газов. В результате климат Земли стал быстро меняться: средняя температура повысилась на целых десять градусов. Первый автор новой статьи в Paleobiology Вильям Дж. Фостер считает, разумеется, полученные нами данные, относящиеся к пермскому периоду, не могут быть напрямую экстраполированы на современные климатические изменения, поскольку эти две климатические системы существенно отличаются друг от друга».
В ходе исследования было проанализировано более 25 тысяч образцов, представляющих 1283 различных рода живых организмов. Изучались двустворчатые и брюхоногие моллюски, ракообразные, губки и водоросли, которые нашли на юге Китая. Примечательно, что все эти виды имели минерализованный скелет или раковину. Палеонтологи также использовали данные, которые описывают образ жизни этих существ.
Каждый из родов был описан по 12 параметрам, благодаря чему удалось определить наиболее важные для выживания. Для анализа всех признаков одновременно ученые использовали методы машинного обучения. Так удалось установить, какие из них сильнее всего отличают два списка видов — выживших и вымерших.
Использование специфических методик обуславливает ценность этой работы машинного обучения. Как правило, такой анализ данных позволяет получить результат, который трудно интерпретировать. В этом случае машинное обучение называют «черный ящик» («black box»). Ход работы выглядит следующим образом: есть данные на входе, они попадают в пресловутый «черный ящик», в котором происходит нечто таинственное, и, наконец, машинное обучение выдает результат. Чем именно руководствовались алгоритмы, мы в этом случае не знаем.
Коллектив, возглавляемый доктором Фостером, использовал уникальный метод, основанный на теории игр. Благодаря этому «ящик» машинного обучения перестает быть непрозрачным, и становится возможным понять, какие характеристики организмов оказали наибольшее влияние на принятое решение.
Фостер описывает свои результаты следующим образом: «Некоторые животные обитали в глубоких слоях воды. В таких условиях машинное обучение показало, что риск обусловлен ухудшением насыщения кислородом. Животные, обитавшие у поверхности, напротив, столкнулись с повышением температуры воды. Помимо этого, если вам подходят только некоторые местообитания и они станут непригодны, вы не сможете перебраться куда-то еще».
Ученые определили ключевые слабые места живых организмов пермского периода, которые привели к их исчезновению. Полученные данные дополнительно подтверждают, что падение уровня кислорода, повышение температуры океана и его закисление являлись главными причинами этого вымирания. Важно отметить, что эти факторы могут вновь оказаться значимыми при возникновении новых массовых вымираний.