特約作者/六便士頭上的月亮
「在東京工業大學一項基於機器學習的生物學最新研究中，學者們通過對地球化石數據和生命演進過程的可視化，聚焦於對地球演變過程中的裡程碑式『物種大滅絕』事件的分析，探究了物種滅絕和形成對於進化和生態的長期影響，其得出的進化模式在一定程度上推翻了長期以來在生物學領域佔主導地位的進化論觀點。」
圖示：上圖展示了過去10億年裡地球生物的演變過程。不同色塊代表了地球演化的不同時期，從10億年前地質時代的拉伸紀（黃色）到現在第四紀（綠色），其中紅色到藍色的轉折點是發生在2.5億年前的二疊紀-三疊紀大滅絕事件，它是地球有化石記錄以來中最具破壞性的事件之一，許多動物門類整個目或亞目在此次滅絕事件中全部滅亡。來源：J. Hoyal Cuthill 和 N. Guttenberg.
正如查爾斯·達爾文在《物種起源》中為其進化論所作的精彩總結：一種宏大的生命觀認為，生命及生命的某些能力最初起源於少數的幾種或一種形式；而當地球依據萬有引力定律周而復始運行時，最絢麗的與最驚奇的生命形式便從此萌發，已經並且至今依舊進化著。
生物學家們認識到大量存在過的物種已經滅絕。但整體而言，新物種的產生基本平衡了這些滅絕所帶來的影響，那些被稱之為「大滅絕事件」（mass extinction events）只是暫時性的失衡。
「周期性物種大滅絕」理論認為「大滅絕事件」以大約2600萬年為周期重複發生，而正是物種的大規模滅絕創造了新物種進化的生產周期，又稱「生物大輻射」（radiation，或簡稱「輻射」），具有「創造性破壞」（creative destruction）的特點。
通俗來說，「輻射」（radiation）即是新生物大量產生的過程，來自「多系輻射演化」（polyphyletic radiation）的理論，即在同一時段的同一環境中，沒有親緣關係的各種單細胞或多細胞生物迅速適應，輻射出新的種系，填充空白的生態位。
針對相關理論，東京理工大學地球-生命科學研究所 (ELSI) 的科學家們在COVID-19大流行之前進行了一項全新研究，他們利用機器學習來研究顯生宙時期化石紀錄中物種的共存情況，以檢驗物種大滅絕和物種大輻射之間的關係，其得出的進化模式在一定程度上推翻了長期以來在生物學領域佔主導地位的進化論觀點。
他們發現，物種輻射和滅絕的關聯性很低，因此認為由大規模滅絕而引起類似規模的「生物大輻射」的可能性很小。
該項研究始於ELSI學者們的一次非正式話題討論——機器學習是否可以用來可視化和理解化石記錄數據，隨後主要由兩位博士後研究者Jennifer Hoyal Cuthill、Nicholas Guttenberg推進了該項目。ELSI是日本野心勃勃的世界一流國際研究中心，主要研究地球和生命的起源與共同進化，吸引著全球人才在此進行最具挑戰性的科學及跨學科科學領域進行研究。
Jennifer Hoyal Cuthill是一名古生物學家，現為英國埃塞克斯大學的研究員，Nicholas Guttenberg是一名物理學家/機器學習專家，現為Cross Labs的研究科學家，與捷克共和國的GoodAI項目合作。
他們的研究集中在5.5億年前至今的顯生宙時期（Phanerozoic Eon），基於生物學資料庫中的100萬多個條目，近20萬種物種數據研究（171,231個物種，1,273,254個條目）。主要作者Hoyal Cuthill博士認為，最具挑戰的地方在於研究涉及到巨大的時間跨度和和物種數量。
「機器學習可以幫助我們以人類可讀的形式可視化這些信息。這意味著我們能夠掌握5億年的進化過程，並從我們所看到的東西中獲得新的見解。」Hoyal Cuthill說道。
值得說明的是，該研究並未涉及微生物佔主導地位的前30億年物種變化，因為微生物不易形成化石，多樣性資料匱乏，無法進行類似的分析，同時也導致該研究所涉及的大規模輻射的分析遠遠少於滅絕事件。
正是「大滅絕事件」讓「創造性破壞」概念成為傳統宏觀進化論的核心。很明顯，在某些時期，許多物種突然消失，而許多新物種突然出現。
通過觀察化石記錄，生物學家們堅信，是大規模滅絕事件產生了大範圍的「生物大輻射」，即新物種的誕生和進化。在「大滅絕事件」中，災難過後，大片土地夷為平地，使得哺乳動物等生物重新定居並「輻射」，從而讓各種各樣的新哺乳動物物種得以進化。最終為人類的出現奠定了基礎。
換句話說，生物學家們認為，如果沒有「物種大滅絕事件」事件的發生，也許我們就不會在這裡討論這個問題。他們還提出，由於狩獵和農業擴張等人類活動，我們正在進入第六次物種大滅絕。
但東京理工大學的最新研究表明，「創造性破壞」，或者說「大滅絕事件」並不能準確地描述顯生宙時期的物種起源和滅絕，許多最顯著的規模性「輻射」都發生在生命進入新的進化和生態領域時期，如寒武紀動物多樣性大爆發和石炭紀森林生物群落擴張。
在地球的生物進化史上，發生過五次極具規模的物種滅絕事件，被生物學家們定義為最大規模的「五次滅絕事件」，包括奧陶紀-志留紀大滅絕、泥盆紀後期大滅絕、二疊紀-三疊紀大滅絕、三疊紀-侏羅紀大滅絕、白堊紀-第三紀大滅絕。據估計，共造成超過70%的物種滅絕。
比如，在白堊紀-第三紀大時期，主要認為由6500萬年前一顆流星撞擊地球造成了物種大滅絕，導致了包括非禽類恐龍在內的約17%的科、50%的屬、75%的物種滅絕。
遺憾的是，長期以來，傳統生物學並沒有給出顯生宙時期內滅絕和輻射（進化）對物種共存的相對影響的定量比較。
而在東京理工大學的最新研究中，研究者們應用機器學習來生成顯生宙時期裡時間共現的化石記錄數據的空間嵌入結構（多維排序），同時比較宏觀進化論中多個理論。
在顯著性為5%的「破壞」周期中，機器學習算法認定了「五次滅絕事件」，以及另外的7次大滅絕事件，2次大滅絕-大輻射事件，15次大輻射事件中。
與傳統生物學結論不同的是，機器學習研究方法認為，「五次滅絕事件」的滅絕速度超過了輻射；並且而在另外的7次大滅絕事件，2次大滅絕-大輻射事件，15次大輻射事件中，輻射的速度超過了滅絕。
這項研究發現，與生物學理論強調「物種滅絕後輻射」的觀點恰恰相反，最具可比性的大規模輻射和物種滅絕在時間維度上解耦（例如寒武紀爆炸和二疊紀末期大滅絕），從而駁斥了它們之間存在任何直接因果關係的觀點。
「生態系統是動態的，不必為了讓新事物出現而砍掉現有的碎片。」另一位主要研究者Nicholas Guttenberg博士說道。
研究小組進一步發現，輻射本身還引起進化衰變（模型化的共存概率和近乎為零的物種共存比例），他們將其稱之為「破壞性創造」（destructive creation）。
按衰變時鐘計數，通過對超閾值的進化衰變時間（物種共存比例≤0.1）進行直接檢驗，結果顯示，圍繞顯生宙平均值1860萬年呈現鋸齒形波動。
換句話說，在顯生宙任何一個時期裡的生態物種都將在約1860萬年後幾乎全部消失。但當物種大滅絕或大輻射發生時，物種的更替率要高得多。比如從第四紀的衰退期開始低於平均水平，即現代物種的滅絕進一步增加了生命的衰退期的債務。
這項研究為我們提供了一個觀察現代第六次物種滅絕的新視角，生物的多樣性正在被破壞，研究認為至少需要800萬年才能恢復到1900萬年前的長期平均水平。
Hoyal Cuthill博士說：「我們觀察到的每一次滅絕背後都是一個可能已經存在了數百萬年的物種，這使得新物種的形成更加難以取代正在消失的物種。」