突破性研究凸显陆地生态系统的脆弱性

突破性研究凸显陆地生态系统的脆弱性 重建新墨西哥州幽灵牧场的晚三叠世生态系统。已发表的标本和保存在幽灵牧场的物种被纳入研究小组的全球生态数据集。图片来源：Viktor O. Leshyk/洛杉矶县自然历史博物馆此外，与海洋环境相比，这些陆地环境的恢复期更长，这一发现出乎意料。这一发现对正在发生的全球生物大灭绝事件具有重要意义，而这一事件主要是由人类引起的气候变化造成的。恐龙研究所的合著者、美国国家科学基金会博士后研究员汉克-伍利（Hank Woolley）博士说："如果你从陆地生态系统中移除大量的小动物，这些生态系统就会分崩离析，比海洋中的生态系统更容易崩溃。其次，陆地生态系统从大规模灭绝事件中恢复过来所需的时间要比海洋生态系统长。"合作研究工作和方法该项目由伍利和许多其他来自国家卫生研究院及其他机构的古生态学家和地质学家共同完成，是第一项深入研究三叠纪末大灭绝事件对陆地和海洋生态系统影响的有据可查的科学研究。除了伍利之外，NHM恐龙研究所的博士生保罗-伯恩（Paul Byrne）和基尔斯滕-福莫索（Kiersten Formoso，后者现在是罗格斯大学新晋的总统博士后研究员）以及博士后贝基-吴（Becky Wu）博士也与南加州大学的同事共同撰写了这项研究报告。Kiersten Formoso 博士说："这项研究工作还结合了南加州大学和自然历史博物馆的古生物学、古生态学和地球生物学研究人员的专业知识。能有这么多跨学科的作者一起解决关于过去和自然世界的有趣问题，真是令人兴奋"。早起侏罗世陆地生态系统的长期重组与恐龙的多样化同时发生。图片来源：洛杉矶县自然历史博物馆提供"传统的海洋生态空间框架确实非常有效，并被广泛应用于海洋古生态学。因此，虽然有很多关于海洋生态系统在大灭绝中变化的重建，但我们从未能以同样的方式研究陆地生态系统的变化。我们希望这个新的陆地生态空间框架将为未来的研究打开一扇门，比较海洋和陆地群落如何对快速气候变化事件做出相似或不同的反应，"共同作者、现任南安普顿大学1851研究员的艾莉森-克里布博士（Dr. Alison Cribb）说。伍利说："作为一个研究海洋和陆地生命古生物学的研究小组，我们的研究系统涵盖了从亿万年前的叠层石到恐龙，我们认为这将是一个独特的机会，可以将我们广泛的专业知识结合在一起，以一种新的方式解决一个引人入胜的紧迫课题大灭绝。"最早的恐龙是在2.3亿多年前的三叠纪时期首次出现并扩散的，而在2.015亿年前，一场由二氧化碳引发的灾难性全球变暖导致了三叠纪末期的大灭绝事件，约76%的海洋和陆地生物因此灭绝。大灭绝事件对海洋环境的影响已经通过创建生态空间根据动物的进食和移动方式以及生活地点对动物进行分类的三维表示得到了很好的研究，但这种技术从未应用于陆地生态系统。直到现在，这种技术才被应用于陆地生态系统。研究结果和意义新科学家团队从古生物学数据库中整理了一千多条记录，首次建立了横跨三叠纪末大灭绝的陆地生态空间。接下来，他们对每种动物在三个轴线上的出现情况进行了分类，以了解不同类群的动物在生存方式上的代表性例如，主要生活在树上而吃昆虫，或者在地面上捡拾大型动物的食物。研究人员随后将这一新框架与三叠纪末大灭绝的海洋生态空间进行了比较。研究概念和发现的图示。图片来源：C. Henrik Woolley/洛杉矶县自然历史博物馆"我们的研究结果表明，在三叠纪末大灭绝之后，陆地和海洋的恢复情况不同，陆地生态系统经历的灭绝严重程度更高，而且需要比海洋更长的时间才能恢复起某些生态作用的群体。"福莫索说："这是因为陆地生态系统中扮演这些角色的类群较少，而在海洋中，许多分类群可能在做相同或类似的事情。"他们的发现可能会对我们的现代陆地生态系统提出严酷的警告，因为我们正在与人类造成的气候变化导致的日益严重的物种灭绝作斗争。首先，三叠纪末期的物种灭绝事件涉及火山喷发二氧化碳。研究结果的另一个启示是，任何大灭绝事件都不会对不同的生态系统产生相同的影响。陆地上的生命有明显的不同开花植物只是三叠纪期间不存在的一类植物，但如果知道这些生态系统可能比以前想象的更加脆弱，就应该敲响警钟。更广泛的影响和未来方向"了解生命在过去是如何应对气候变化的，是古生物学的一个主要目标，也为我们解决现代生物多样性危机提供了洞察力和工具。然而，这需要对各种生物、生态系统和环境有详细的了解。我们在国家卫生研究院和南加州大学合作开展的古生物学项目的一个独特之处在于，它结合了一批具有跨物种、跨系统和跨时间专业知识的古生物学家所有这些都使得像本文这样的大视野研究成为可能。因此，我们对古生物学的影响要大于古生物学家的总和！"国家哈姆雷特博物馆恐龙研究所馆长、伍利的博士和博士后导师内森-史密斯（Nathan Smith）博士说。为这项研究开发的新框架还可以帮助科学家们更好地理解历史上的大规模灭绝。这可能包括我们正在面临的危机，并可能为更有效的缓解和保护工作提供信息。该合作项目还展示了化石和化石记录在了解恐龙世界和我们快速变化的气候方面所具有的价值。研究与收藏高级副总裁路易斯-奇亚佩博士和恐龙研究所所长格雷琴-奥古斯汀说："洛杉矶县自然历史博物馆收藏了数以百万计的化石，涵盖了整个生命史。我们的藏品非常适合解决与过去和现在的物种灭绝有关的大量问题"。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

来自深海的警告：远古大灭绝蕴含着当今气候危机的线索

来自深海的警告：远古大灭绝蕴含着当今气候危机的线索 杜克大学地球与气候科学助理教授迈克尔-A-基普（Michael A. Kipp）说："这一事件以及类似事件是我们在地球过去所拥有的对未来几十年和几百年将要发生的事情的最好模拟。基普是6月24日发表在《美国国家科学院院刊 》上的一项研究的合著者，该研究测量了1.83亿年前导致海洋物种灭绝的海洋氧气流失情况。"在侏罗纪时期，鱼龙和矛龙等海洋爬行动物十分繁盛，现代南非的火山活动在 50 万年里释放了约 20500 千兆吨二氧化碳（CO2）。这加热了海洋，导致海洋失去氧气。从意大利南部马尔卡托-圣塞韦里诺（Mercato San Severino）地段采集的意大利石灰岩含有古代海洋化学的分子痕迹。对这些岩石的分析有助于解释侏罗纪早期的火山活动是如何导致海洋脱氧和大灭绝的。资料来源：乔治梅森大学的马里亚诺-雷米雷兹（Mariano Remírez）。其结果是海洋物种的窒息和大规模灭绝。合著者、乔治-梅森大学助理研究教授马里亚诺-雷米雷斯说："这是一个类比，但不是一个完美的类比，它可以预测未来人为碳排放造成的海洋氧气损失情况，以及这种损失对海洋生态系统和生物多样性的影响。"研究人员通过对携带有可追溯到火山爆发时期的化学物质的石灰岩沉积物进行研究，估算出了远古海洋中氧气含量的变化。在全球多达8%的远古海底，氧气一度被完全耗尽，这个区域的面积大约是美国面积的三倍。自 18 世纪和 19 世纪工业革命开始以来，人类活动释放的二氧化碳相当于侏罗纪火山活动期间释放量的 12%。但基普说，如今大气中二氧化碳释放的速度之快在历史上是前所未有的，因此很难预测何时会发生另一次大灭绝或灭绝的严重程度："我们没有经历过如此严重的事件。我们经历了历史上最迅速的二氧化碳排放事件，但它们仍然不够迅速，无法与我们今天经历的事件相提并论。我们扰动系统的速度比以往任何时候都要快。研究至少量化了这次事件中海洋氧气损失的情况，这将有助于制约我们对未来情况的预测。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究揭示让动物更易因气候变化灭绝的因素

新研究揭示让动物更易因气候变化灭绝的因素 英国牛津大学一项新研究，通过研究化石记录揭示了让动物更易因气候变化灭绝的因素，有助确定当今哪些物种最易受人为因素导致的气候变化影响，为制定保护战略提供依据。 新华社星期一（3月11日）报道，英国牛津大学近日发布公报说，在地球生命史上，过去的气候变化通常由火山活动导致的温室气体自然变化引起，曾是造成无数物种灭绝的“祸首”。但迄今人们并不清楚哪些因素可使物种对气候变化的适应力增强或减弱，也不清楚气候变化幅度如何影响物种灭绝风险。 牛津大学、布里斯托尔大学的研究人员合作分析了众多海洋无脊椎古动物的化石记录，其中有的物种存活于距今约4.85亿年前，这些记录涵盖9200多个属。 研究人员整理出可能影响物种复原力的关键特征的数据集，再将这些特征信息与气候模拟数据相结合建立新的模型，以了解在气候变化期间哪些因素对确定灭绝风险最为重要。 研究发现，面临气候变化幅度相对更大的物种更有可能灭绝，尤其是在不同地质阶段经历过气温变化幅度达到或超过七摄氏度的物种；生活在极地地区等极端气候条件下的物种，以及只能适应小幅气温变化的物种，灭绝几率更高；物种生存的地理范围大小是预测灭绝风险的最有力因素，地理分布范围较大的物种，其灭绝的可能性要小得多；体型也很重要，体型较小的物种灭绝风险较高。 所有上述特征对灭绝风险都有累积影响。例如，同时具有较小地理分布范围和较窄温度适应范围的物种，比只具备其中一项特征的物种更容易灭绝。 研究人员认为，未来应探索气候变化如何与其他可能导致物种灭绝的因素相互作用，如海洋酸化、海水缺氧等。相关论文已发表在美国《科学》杂志上。 2024年3月11日 10:01 PM

化石记录揭开气候变化灭绝风险的秘密

化石记录揭开气候变化灭绝风险的秘密 艺术再现三叠纪晚期与气候变化相关的物种灭绝事件之前（左）和之后（右）的海底场景。资料来源：Maija Karala在地球生命史上，过去的气候变化（通常由火山活动导致的温室气体自然变化引起）是无数物种灭绝的原因。但是，迄今为止，人们还不清楚是什么因素导致物种对这种变化的适应力增强或减弱，也不清楚气候变化的程度如何影响物种灭绝的风险。在牛津大学研究人员的领导下，这项新研究通过分析过去 4.85 亿年来海洋无脊椎动物（如海胆、蜗牛和贝类）的化石记录，试图回答这个问题。海洋无脊椎动物有丰富的化石记录，而且研究得很透彻，因此可以确定物种灭绝的时间和可能的原因。信息图表总结了研究发现的决定物种因气候变化而灭绝风险的关键特征和因素。资料来源：Miranta Kouvari（科学图形设计）。研究人员利用涵盖9200多个属的29万多条化石记录，整理出了一个可能影响灭绝恢复力的关键特征数据集，其中包括以前未深入研究过的特征，如偏好温度。研究人员将这些特征信息与气候模拟数据相结合，建立了一个模型，以了解哪些因素在气候变化期间对确定灭绝风险最为重要。主要发现作者发现，受气候变化影响较大的物种更容易灭绝。特别是，在不同地质阶段气温变化达到或超过 7°C 的物种更容易灭绝。作者还发现，在极端气候条件下（如极地地区）的物种更容易灭绝，而只能在狭窄的温度范围（尤其是低于 15°C 的温度范围）内生活的动物灭绝的可能性要大得多。然而，地理范围的大小是预测灭绝风险的最有力因素。地理范围较大的物种灭绝的可能性要小得多。体型也很重要，体型较小的物种更容易灭绝。所研究的所有特征对灭绝风险都有累积影响。例如，同时具有较小地理范围和较窄热范围的物种甚至比只具有其中一种特征的物种更容易灭绝。该研究的第一作者库珀-马拉诺斯基（牛津大学地球科学系）说："我们的研究发现，地理范围是预测海洋无脊椎动物灭绝风险的最有力因素，但气候变化的幅度也是预测灭绝的重要因素，这对当今面临气候变化的生物多样性具有影响。"目前，人类驱动的气候变化已经将许多物种推向或超越了灭绝的边缘，这些结果有助于确定面临最大风险的动物，并为保护它们的战略提供依据。领衔作者艾琳-索普教授（牛津大学地球科学系）说："地质历史的证据表明，根据气候变化的预测，全球生物多样性面临着严峻的未来。特别是，我们的模型表明，生活在两极或热带地区、热范围小于15°C的物种可能面临最大的灭绝风险。然而，如果局部气候变化足够大，就会导致全球范围内的物种大量灭绝，有可能使我们更接近第六次物种大灭绝。据研究小组称，未来的工作应探索气候变化如何与海洋酸化和缺氧（海水缺氧）等其他可能导致物种灭绝的因素相互作用。布里斯托尔大学地理科学学院的研究人员也参与了这项研究。布里斯托尔大学的丹-伦特（Dan Lunt）教授说："这项研究表明，在地球历史上，海洋生物的灭绝风险与气候变化密不可分。当我们不顾一切地继续通过燃烧化石燃料造成气候变化时，这应该成为对人类的一个严酷警告。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落 微生物被认为是地球上最早的生命形式，其证据蕴藏在 35 亿年前的岩石中。这些岩石中含有这些远古生物留下的地球化学和形态标记，如特定的化合物和结构。然而，生命起源于地球的时间和地点，以及这些早期微生物群落中物种多样性的形成时间，至今仍不清楚。证据很少，而且常常存在争议。 PC版： 手机版：

量子计算能够开启对衰老的新认识 深刻改变生物研究

量子计算能够开启对衰老的新认识 深刻改变生物研究 在《计算分子科学》（WIREs Computational Molecular Science）杂志的一篇新论文中，来自临床阶段人工智能（AI）驱动的药物发现公司Insilico Medicine（以下简称"Insilico"）的研究人员展示了如何将量子计算整合到生物体研究中，以便更深入地了解衰老和疾病等生物过程。2023 年 5 月，Insilico、多伦多大学加速联盟和富士康研究院发表研究成果，成功证明了量子生成对抗网络在生成化学中的潜在优势。这些研究成果发表在美国化学学会的《化学信息与建模期刊》上。生物网络是相互关联的。就像只知道配料不足以理解如何烹制一道菜肴一样，只知道基因或蛋白质的清单也不足以理解它们是如何相互作用的。资料来源：Insilico Medicine在这篇最新论文中，Insilico 的研究人员全面介绍了如何将人工智能、量子计算和复杂系统物理学的方法结合起来，帮助研究人员推进对人类健康的新认识，并详细介绍了物理学引导的人工智能领域的最新突破。他们写道，虽然人工智能已成为帮助研究人员处理和分析大型复杂生物数据集的宝贵工具，从而找到新的疾病途径，并在细胞水平上将衰老和疾病联系起来，但在将这些见解应用于体内更复杂的相互作用方面，人工智能仍面临挑战。研究人员指出，为了全面了解生物体的内部运作，科学家们需要多模式建模方法，以管理三个关键领域的复杂性：规模的复杂性、算法的复杂性以及数据集日益增加的复杂性。生物学对量子计算的需求"虽然我们不是一家量子公司，但利用新的混合计算解决方案和超标量器提供的速度优势的能力非常重要。随着这种计算成为主流，我们就有可能进行非常复杂的生物模拟，并发现针对各种疾病和年龄相关过程的具有理想特性的个性化干预措施。我们很高兴看到我们在阿联酋的研究中心能在这一领域提出有价值的见解，"合著者、Insilico Medicine 公司创始人兼联合首席执行官亚历克斯-扎沃龙科夫（Alex Zhavoronkov）博士说。生物系统内的生物过程从细胞到器官再到整个身体，系统之间存在大量复杂的相互作用。解释这些过程需要在多个尺度上同时进行。而生物数据的获取已经达到了以前无法想象的水平。例如，"千人基因组计划"（1000 Genomes Project）是一个人类基因变异目录，已发现 900 多万个单核苷酸变异（SNV）；英国生物库（UK Biobank）包含了英国志愿者的 50 万个基因组的完整序列。我们需要庞大的计算能力来分析和处理这些数据。在每一个层次上，都有一种最常用的方法来研究这一层次的组织。人工智能在每个层次都显示出潜力。量子计算为加快人工智能求解器和传统技术的速度并提高其效率提供了可能。资料来源：Insilico Medicine研究人员写道，量子计算在增强人工智能方法方面具有得天独厚的优势允许研究人员同时对生物系统的多个层面进行解释。由于量子比特能同时保持 0 和 1 的值，而经典比特只能保持 0 或 1 的值，因此量子比特的计算速度和能力都大大提高。作者指出，量子计算已经取得了重大进展，其中包括 IBM 最近首次推出的公用事业级量子处理器和该公司首台模块化量子计算机，后者已经开始运行。最后，作者呼吁采用物理学指导的人工智能方法来更好地理解人类生物学这是一个将基于物理学的模型和神经网络模型相结合的新领域，他们写道，这个领域已经在进行中。通过结合人工智能、量子计算和复杂系统物理学的方法，科学家们可以更好地理解，正如作者所写的那样，"细胞、生物体或社会中较小尺度元素的集体互动如何产生可在较大尺度和现实层面上观察到的突发特征"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：