Paleontologinis Blokbasteris - jūrinių bestuburių globalios bioįvairovės trendai fanerozojuje
18 views
Skip to first unread message
Andrej S
Jul 6, 2008, 3:20:43 PM7/6/08
to G-mokslai
Nauja "Paleobiology Database" tyrėjų komandos, jūrinių bestuburių įvairovės evoliucijos analizė pateikė "Science" žurnale netikėtus rezultatus. Šis tyrimas, veikiausiai svarbiausias paleontologinis darbas publikuotas per keliolika pastarųjų metų.
Pioneriniai J. Sepkoski bioįvairovės tyrimai, pradedant nuo septyniasdešimtų metų, pradėjo epopejinių atradimų ir diskusijų susijusių su praeities gyvybės kaip visumos vystymusi virtinę. Visu pirma išryškėjo tam tikri biologinės įvairovės trendai. Jų paaiškinimui buvo pasitelkti įvairus modeliai. Vieni iš tų modelių buvo pusiausvyriniai, aiškinantis biodiversifikacija logistinėmis lygtimis. Kiti modeliai buvo nepusiausvyriniai ir jie aiškino gyvybės plitimą kaip beribį procesą (eksponentiniai modeliai). Kiti modeliai yra nedeterministiniai kurie priduoda didelę reikšmę atsitiktiniam kitimui (random walk models). Dar kiti tyrimai rado bioįvairovės kitime periodiškumus (Raup and Sepkoski 1984) arba ciklus, kurie galėjo būti nulemti kažkokių stambaus masto kosminių arba geolginių veiksnių (pvz. Nemezidės arba Mirties žvaigždės hipotezė). Taip pat duomenų analizė ir makroevoliucinių procesų modeliavimas leido suprasti tam tikrus biotos vystymosį dėsningumus. J. Sepkoski, analizuojant savo duomenų rinkinį, kuriame yra nurodyta jūrinių gyvūnų taksonomija ir laikinis paplitimas, kaip jau minėta g-moksluose, išskyrė, naudodamasis faktorine analize, kaip jis pavadino "Didžiąsias evoliucines faunas", kurios apjungdavo evoliuciškai panašiai (koherentiškai) besivysčiusias gyvūnų klases. Buvo išskirtos 3 evoliucinės faunos: Kambro, Paleozojinė ir Šiuolaikinė. Kaip matoma grafike (Evoliucines_Faunos - Kambro_Paleozojine_Dabartine.JPG), evoliucinės faunos sukcesiškai keitė vieną kitą. Tam paaiškinti, Sepkoskis sukūrė logistinėmis lygtimis paremtą modelį, kuris darė prielaidą kad evoliucinės faunos viena kitos atžvilgių veikė neigiamais grįžtamaisiais ryšiais (t.y. konkurencija viršrūšiniame lygyje). Tačiau kaip parodė naujausi tyrimai, šis sukcesiškas kitimas, nebūtinai yra sukeltas tokio stambaus masto konkurencinio pašalinimo o gali būti susijęs su globalaus masto geologiniais pokyčiais (Peters, 2008).
Užduodamų klausymų bei atsakymų svarba, iškart sukėlė kritikos bangą šių sinoptinių tyrimų atžvilgių. Didžioji dalis kritikos buvo nukreipta į medžiagos adekvatumo problemą. Kaip yra žinoma, paleontologinis metraštis nėra pilnas. Šį faktą pastebėjo dar Čarlzas Darvinas. Tačiau koks to nepilnumo lygis? Nes pats nepilnumas dar nereiškia neadekvatumo. Naudojantis statistiniais metodais, iš nepilnų duomenų įmanoma išgauti adekvatų informacijos kiekį, tam kad tinkamai aprašyti sistemoje vykstančius procesus. Tarp iškraipančių faktorių galima paminėti "dabarties trauką" (jaunesnės liekanos turi didesnę aptikimo tikimybę), "laiko akumuliaciją" (kuo daugiau laiko praeina, tuo didesnė tikimybė kad dėl atsitiktinių veiksnių bus prarasta informacija), netolygų geografinį ištirtumą, sistematinių protokolų netobulumas ir pan. Visi šie klausymai ir iškeltos problemos reikalavo naujos kartos priėjimo prie šios problemos. Taip buvo sukurta tarptautinė paleobiologijos duomenų bazė, kurios kūrime šiuo metu prisideda jau apie 210 paleontologų iš viso pasaulio. Nauji duomenys ir bioįvairovės įverčių standartizavimo priemonės parodė kad iš tikrųjų, tikrasis globalios biologinės įvairovės lygis galėjo stipriai skirtis nuo sinoptinių Sepkoskio įverčių . Tyrimo metu buvo sukurtos standartizuotos biologinės įvairovės kreivės, kurias kuriant buvo įskaityti įvairios prigimties iškraipymai: geografiniai, stratigrafiniai, išsisaugojimo aplinkos ir tafonominiai (išsisaugojimo tikimybės priklausomybė nuo aplinkos, organizmų mineralogijos, nuo aplinkinės uolienos litifikacijos laipsnio etc.). Bendrai išanalizuotos buvo 44 446 kolekcijos, kuriose atspindėtos 284 816 fosilijų radimvietės iš viso fanerozojaus (545 - 0 mln.m.). Duomenis buvo renkami iš ankstesnių publikacijų (išviso 5384 nuorodos), nes kaip paskaičiuota, kad tam kad atlikti tokį pavyzdžių apibūdinimo ir analizes darbą, vienam žmogui, tai užtrūktu apie 16 114 karjeros metų. Toks heterogeniškų duomenų apdorojimas yra labai sudėtingas, ir tam kad išgauti reikiamą informaciją, reikia gerai perprasti šių duomenų struktūrą. 2001 metais paskelbtame paleobiology database darbo grupės tyrime buvo pristatyti kai kurie nauji statistiniai metodai kurie parodė, kad ištaisius bioįvairovės signalą nuo klaidinančių veiksnių, jo bendra forma gali stipriai pasikeisti (nors pagrindiniai įvykiai, tokie kaip masiniai išmirimai, vis tiek išlieka). Šiuo atveju buvo panaudoti anksčiau pateikti analitiniai metodai, ir daugelis naujų. Be to, per tuos metus paleobiologijos duomenų bazė stipriai pasipildė duomenimis iš viso pasaulio, kas leidžia kur kas tiksliau žvelgti į šią studiją.
Įvairus duomenų pasvėrimo metodų ištaisytos kreivės bendrai sumažina anksčiau matomą santykinį kreidos - kainozojaus bioįvairovės augimą (prikabintas failas - Sepkoskio_Kreive.jpg). Naujos "pasvertos" ir ištaisytos nuo įvairių iškraipančių veiksnių kreivės rodo ne tokį kontrastingą biologinės įvairovės kitimą. Kaip pasirodo biologinės įvairovės santykinis lygis artėjant link dabarties buvo ganėtinai stipriai pervertintas, o biologinė įvairovė paleozojaus pradžioje stipriai neįvertinta. Bendrai biologinės įvairovės kitimas pagal matomą paterną, labiau atitiktu sistemos su ribota laikomąja geba prisipildymą o ne beribę ekspansiją kuriant vis naujas nišas (prikabintas failas - Standartizuota_Fanerozojaus_ivairove_4_Skirtingi_Metodai.JPG). Pasirodo kad dabartinis biologinės įvairovės lygis galėjo būti labai panašus jau vėlyvojoje juroje (prieš 160 mln. metų), arba net paleozojuje, kuri vėliau buvo nuskurdinta masinių išmirimų. Kalbant apie masinius išmirimus: kaip minėjo tyrimo autoriai, ir tai galima pastebėti pateiktose kreivėse, bioįvairovės kitime nematomas dydisis Kreidos - Paleogeno išmirimas! Kaip tą aiškina autoriai, kad tai yra diskretinimo dažnio pasirinkimo bei greito poišmiriminio bioįvairovės atsistatymo pasekmė. Pasirodo, dinozaurus sunaikinęs masinis išmirimas neturėjo didelės įtakos bestuburių įvairovės kitimo stambaus masto trendui!
Šių tyrimų rezultatus galima biški ir painterpretuoti. Anksčiau matytą eksponentinį trendą daugelis interpretavo progresivizmo šviesoje - kuo arčiau dabarties, tuo daugiau rūšių, tuo didesnė resursų naudojimo diferenciacija. Tačiau dabartinis tyrimas stipriai apriboja tokį požiūrį ir rodo kad panašios pagal savo rūšių kiekį ekosistemos galėjo egzistuoti jau prieš kokius 450 mln. metų. Panašu į tai kad musų planeta turi tam tikrą biologinės įvairovės laikomąją gebą, prie kurios biosfera priartėja ramiais egzistavimo laikotarpiais ir išbūna tokia stabilioje būsenoje, kuri savo ruoštu būna laikas nuo laiko nuskurdinama ir restruktūrizuojama per masinius išmirimus.
Nuorodos:
John Alroy at al. "Phanerozoic Trends in the Global Diversity of Marine Invertebrates" - straipsnis įvertinantis fanerozojaus jūrinių bestuburių taksonominę evoliuciją. Bioįvairovės santykinio kitimo pobūdį.
Supporting Online Material for "Phanerozoic Trends in the Global Diversity of Marine Invertebrates" - papildoma online medžiaga, sudaryta iš 67 pslp. metodikų ir gautų rezultatų, naudojant įvairius metodus ir analitinius protokolus
John Alroy et al. "Effects of sampling standardization on estimates of Phanerozoic marine diversification" - Pirmasis Paleobiology Database komandos straipsnis, aiškinantis taksonominės standartizacijos efektą supratimui apie biologinės įvairovės kitimą.
Mark Newman "A new picture of life's history on Earth" - Fiziko Marko Niumano, dirbančio su biologinių išmirimų problema makroevoliucijoje, apžvalginis straipsnis apie 2001 metų "Paleobiology Database" tyrimo grupės gautus rezultatus.
James L. Cornette and Bruce S. Lieberman "Random walks in the history of life" - Straipsnis kuriame išanalizuoti J. Sepkoski duomenų bazėje esantis jūrinių bestuburių stratigrafinio paplitimo duomenys. Prieita prie išvados kad didžioji bestuburių evoliucinės istorijos dalis panaši į atsitiktinį bekrypti klaidžiojimą.
DAVID M. RAUP AND J. JOHN SEPKOSKI, JR. "Periodicity of extinctions in the geologic past" - Straipsnis PNAS žurnale, kuriame pirma kartą buvo paskelbtas biologinių išmirimų periodiškumo tyrimas ir pateiktos kelios galimos periodiškumą lemiančius veiksnius paaiškinančios hipotezės.
Ancient Marine Invertebrate Diversity Less Explosive Than Thought - Populiarus straipsnis "Science Daily" tinklapyje apie naujausią Alroy et al. tyrimą.
--
AS
Pioneriniai J. Sepkoski bioįvairovės tyrimai, pradedant nuo septyniasdešimtų metų, pradėjo epopejinių atradimų ir diskusijų susijusių su praeities gyvybės kaip visumos vystymusi virtinę. Visu pirma išryškėjo tam tikri biologinės įvairovės trendai. Jų paaiškinimui buvo pasitelkti įvairus modeliai. Vieni iš tų modelių buvo pusiausvyriniai, aiškinantis biodiversifikacija logistinėmis lygtimis. Kiti modeliai buvo nepusiausvyriniai ir jie aiškino gyvybės plitimą kaip beribį procesą (eksponentiniai modeliai). Kiti modeliai yra nedeterministiniai kurie priduoda didelę reikšmę atsitiktiniam kitimui (random walk models). Dar kiti tyrimai rado bioįvairovės kitime periodiškumus (Raup and Sepkoski 1984) arba ciklus, kurie galėjo būti nulemti kažkokių stambaus masto kosminių arba geolginių veiksnių (pvz. Nemezidės arba Mirties žvaigždės hipotezė). Taip pat duomenų analizė ir makroevoliucinių procesų modeliavimas leido suprasti tam tikrus biotos vystymosį dėsningumus. J. Sepkoski, analizuojant savo duomenų rinkinį, kuriame yra nurodyta jūrinių gyvūnų taksonomija ir laikinis paplitimas, kaip jau minėta g-moksluose, išskyrė, naudodamasis faktorine analize, kaip jis pavadino "Didžiąsias evoliucines faunas", kurios apjungdavo evoliuciškai panašiai (koherentiškai) besivysčiusias gyvūnų klases. Buvo išskirtos 3 evoliucinės faunos: Kambro, Paleozojinė ir Šiuolaikinė. Kaip matoma grafike (Evoliucines_Faunos - Kambro_Paleozojine_Dabartine.JPG), evoliucinės faunos sukcesiškai keitė vieną kitą. Tam paaiškinti, Sepkoskis sukūrė logistinėmis lygtimis paremtą modelį, kuris darė prielaidą kad evoliucinės faunos viena kitos atžvilgių veikė neigiamais grįžtamaisiais ryšiais (t.y. konkurencija viršrūšiniame lygyje). Tačiau kaip parodė naujausi tyrimai, šis sukcesiškas kitimas, nebūtinai yra sukeltas tokio stambaus masto konkurencinio pašalinimo o gali būti susijęs su globalaus masto geologiniais pokyčiais (Peters, 2008).
Užduodamų klausymų bei atsakymų svarba, iškart sukėlė kritikos bangą šių sinoptinių tyrimų atžvilgių. Didžioji dalis kritikos buvo nukreipta į medžiagos adekvatumo problemą. Kaip yra žinoma, paleontologinis metraštis nėra pilnas. Šį faktą pastebėjo dar Čarlzas Darvinas. Tačiau koks to nepilnumo lygis? Nes pats nepilnumas dar nereiškia neadekvatumo. Naudojantis statistiniais metodais, iš nepilnų duomenų įmanoma išgauti adekvatų informacijos kiekį, tam kad tinkamai aprašyti sistemoje vykstančius procesus. Tarp iškraipančių faktorių galima paminėti "dabarties trauką" (jaunesnės liekanos turi didesnę aptikimo tikimybę), "laiko akumuliaciją" (kuo daugiau laiko praeina, tuo didesnė tikimybė kad dėl atsitiktinių veiksnių bus prarasta informacija), netolygų geografinį ištirtumą, sistematinių protokolų netobulumas ir pan. Visi šie klausymai ir iškeltos problemos reikalavo naujos kartos priėjimo prie šios problemos. Taip buvo sukurta tarptautinė paleobiologijos duomenų bazė, kurios kūrime šiuo metu prisideda jau apie 210 paleontologų iš viso pasaulio. Nauji duomenys ir bioįvairovės įverčių standartizavimo priemonės parodė kad iš tikrųjų, tikrasis globalios biologinės įvairovės lygis galėjo stipriai skirtis nuo sinoptinių Sepkoskio įverčių . Tyrimo metu buvo sukurtos standartizuotos biologinės įvairovės kreivės, kurias kuriant buvo įskaityti įvairios prigimties iškraipymai: geografiniai, stratigrafiniai, išsisaugojimo aplinkos ir tafonominiai (išsisaugojimo tikimybės priklausomybė nuo aplinkos, organizmų mineralogijos, nuo aplinkinės uolienos litifikacijos laipsnio etc.). Bendrai išanalizuotos buvo 44 446 kolekcijos, kuriose atspindėtos 284 816 fosilijų radimvietės iš viso fanerozojaus (545 - 0 mln.m.). Duomenis buvo renkami iš ankstesnių publikacijų (išviso 5384 nuorodos), nes kaip paskaičiuota, kad tam kad atlikti tokį pavyzdžių apibūdinimo ir analizes darbą, vienam žmogui, tai užtrūktu apie 16 114 karjeros metų. Toks heterogeniškų duomenų apdorojimas yra labai sudėtingas, ir tam kad išgauti reikiamą informaciją, reikia gerai perprasti šių duomenų struktūrą. 2001 metais paskelbtame paleobiology database darbo grupės tyrime buvo pristatyti kai kurie nauji statistiniai metodai kurie parodė, kad ištaisius bioįvairovės signalą nuo klaidinančių veiksnių, jo bendra forma gali stipriai pasikeisti (nors pagrindiniai įvykiai, tokie kaip masiniai išmirimai, vis tiek išlieka). Šiuo atveju buvo panaudoti anksčiau pateikti analitiniai metodai, ir daugelis naujų. Be to, per tuos metus paleobiologijos duomenų bazė stipriai pasipildė duomenimis iš viso pasaulio, kas leidžia kur kas tiksliau žvelgti į šią studiją.
Įvairus duomenų pasvėrimo metodų ištaisytos kreivės bendrai sumažina anksčiau matomą santykinį kreidos - kainozojaus bioįvairovės augimą (prikabintas failas - Sepkoskio_Kreive.jpg). Naujos "pasvertos" ir ištaisytos nuo įvairių iškraipančių veiksnių kreivės rodo ne tokį kontrastingą biologinės įvairovės kitimą. Kaip pasirodo biologinės įvairovės santykinis lygis artėjant link dabarties buvo ganėtinai stipriai pervertintas, o biologinė įvairovė paleozojaus pradžioje stipriai neįvertinta. Bendrai biologinės įvairovės kitimas pagal matomą paterną, labiau atitiktu sistemos su ribota laikomąja geba prisipildymą o ne beribę ekspansiją kuriant vis naujas nišas (prikabintas failas - Standartizuota_Fanerozojaus_ivairove_4_Skirtingi_Metodai.JPG). Pasirodo kad dabartinis biologinės įvairovės lygis galėjo būti labai panašus jau vėlyvojoje juroje (prieš 160 mln. metų), arba net paleozojuje, kuri vėliau buvo nuskurdinta masinių išmirimų. Kalbant apie masinius išmirimus: kaip minėjo tyrimo autoriai, ir tai galima pastebėti pateiktose kreivėse, bioįvairovės kitime nematomas dydisis Kreidos - Paleogeno išmirimas! Kaip tą aiškina autoriai, kad tai yra diskretinimo dažnio pasirinkimo bei greito poišmiriminio bioįvairovės atsistatymo pasekmė. Pasirodo, dinozaurus sunaikinęs masinis išmirimas neturėjo didelės įtakos bestuburių įvairovės kitimo stambaus masto trendui!
Šių tyrimų rezultatus galima biški ir painterpretuoti. Anksčiau matytą eksponentinį trendą daugelis interpretavo progresivizmo šviesoje - kuo arčiau dabarties, tuo daugiau rūšių, tuo didesnė resursų naudojimo diferenciacija. Tačiau dabartinis tyrimas stipriai apriboja tokį požiūrį ir rodo kad panašios pagal savo rūšių kiekį ekosistemos galėjo egzistuoti jau prieš kokius 450 mln. metų. Panašu į tai kad musų planeta turi tam tikrą biologinės įvairovės laikomąją gebą, prie kurios biosfera priartėja ramiais egzistavimo laikotarpiais ir išbūna tokia stabilioje būsenoje, kuri savo ruoštu būna laikas nuo laiko nuskurdinama ir restruktūrizuojama per masinius išmirimus.
Nuorodos:
John Alroy at al. "Phanerozoic Trends in the Global Diversity of Marine Invertebrates" - straipsnis įvertinantis fanerozojaus jūrinių bestuburių taksonominę evoliuciją. Bioįvairovės santykinio kitimo pobūdį.
Supporting Online Material for "Phanerozoic Trends in the Global Diversity of Marine Invertebrates" - papildoma online medžiaga, sudaryta iš 67 pslp. metodikų ir gautų rezultatų, naudojant įvairius metodus ir analitinius protokolus
John Alroy et al. "Effects of sampling standardization on estimates of Phanerozoic marine diversification" - Pirmasis Paleobiology Database komandos straipsnis, aiškinantis taksonominės standartizacijos efektą supratimui apie biologinės įvairovės kitimą.
Mark Newman "A new picture of life's history on Earth" - Fiziko Marko Niumano, dirbančio su biologinių išmirimų problema makroevoliucijoje, apžvalginis straipsnis apie 2001 metų "Paleobiology Database" tyrimo grupės gautus rezultatus.
James L. Cornette and Bruce S. Lieberman "Random walks in the history of life" - Straipsnis kuriame išanalizuoti J. Sepkoski duomenų bazėje esantis jūrinių bestuburių stratigrafinio paplitimo duomenys. Prieita prie išvados kad didžioji bestuburių evoliucinės istorijos dalis panaši į atsitiktinį bekrypti klaidžiojimą.
DAVID M. RAUP AND J. JOHN SEPKOSKI, JR. "Periodicity of extinctions in the geologic past" - Straipsnis PNAS žurnale, kuriame pirma kartą buvo paskelbtas biologinių išmirimų periodiškumo tyrimas ir pateiktos kelios galimos periodiškumą lemiančius veiksnius paaiškinančios hipotezės.
Ancient Marine Invertebrate Diversity Less Explosive Than Thought - Populiarus straipsnis "Science Daily" tinklapyje apie naujausią Alroy et al. tyrimą.
--
AS
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages