密歇根大学的科学家使用人工智能揭示了雀形目这一广泛鸟类群体的进化中一个显著的模式，这个群体包含了大多数鸣鸟。他们的分析表明这些鸟类并不是以稳定的速度进化，相反，主要变化往往以快速的爆发形式出现，与地球气候的变化相吻合。进化理论早就提出，生命的多样化是通过快速变化的时期和随后慢速阶段实现的。化石提供了这一模式存在的线索，但这项新研究通过分析现代鸟类标本的骨骼测量数据确认了这一点。研究人员还发现，几次最重要的进化爆发发生在重大的气候变化时期附近。 突发性的进化“这对进化理论非常重要，因为有关新的群体，称为进化辐射的出现，通常与多样性爆发的预言已有100年的历史，” 研究的首席作者、密歇根大学环境和可持续性学院的博士后研究员Jake Berv说道。“这可能是因为出现了新的生态机会，或者是由于一个群体扩散到新大陆，导致它们的进化速度迅速加快。我们的观点是，随着时间的推移，进化过程中的机会越来越少，因此会放缓，而这种情况会在时间上呈脉冲式出现。理论预测如此，这似乎也在数据中得到了印证。” 这些结果是通过人工智能和大型统计模型生成的。研究结果已发表在《自然生态与进化》上，并主要得到了施密特科学基金会和大卫与露西尔·帕卡德基金会的支持。 人工智能测量上千鸟类骨骼 为了重建雀形目鸟类的进化历史，密歇根大学的团队，包括资深作者Brian Weeks，在2000多种物种中研究了超过170,000个个体骨骼测量数据。由于Weeks实验室与纽约大学David Fouhey实验室的合作，Skelevision这一人工智能工具使获取如此大规模的数据成为可能。Skelevision在网格前对标本（在这种情况下是鸟类骨骼）进行拍照，以提供一致的测量尺度。在七年的合作中，Weeks和Fouhey创建了一个能够准确测量鸟类骨骼上12块骨头的人工智能模型。研究人员使用这个系统扫描和测量了超过15,000个博物馆标本，大多数来自密歇根大学动物学博物馆的藏品。每个标本扫描大约需要45秒，这使得研究人员能够比以往更高效地数字化整个博物馆藏品。 重建4500万年的变化 Berv还创建了一种新的统计方法，称为bifrost，使团队能够分析每个物种的完整骨骼，而不是孤立地检查单个骨头。使用这种方法，研究人员估计雀形目鸟类的体型在大约4500万年的进化过程中是如何改变的。“整个有机体是一个综合的复杂形态，而每个单独的部分也与身体的其他部分相互关联，”Berv说。“从模型的角度看，问题是‘为了说明我们今天能看到的变异，必须发生什么样的进化变化序列？’” 分析揭示了大约3500万年前一段特别快速的体型进化期。这次爆发恰逢始新世-渐新世过渡期，这是一个世界急剧冷却的时期。统计结果还识别出了大约1500万年前一组进化减缓的现象，这 coincide with another major geological event. “我们的发现确实改变了我对世界运作的看法，”Weeks说，他是密歇根大学可持续发展与环境学院的生态系统科学与管理助理教授。“我们发现的这种稀有、大幅增加的进化速率与较多的小幅下降速率的模式非常一致，说明谱系正在探索新的生态空间并迅速适应这种机会。” 气候和地理塑造进化 研究人员然后通过分析数据集中鸟类的全球分布来测试这一模式。他们发现，地理位置也帮助预测形态进化的平均速率。在温度季节性变化更为剧烈的高纬度鸟类群落中，趋向于包含比赤道附近的物种更快发展的鸟类。因为这种模式在数百万年的时间跨度和现代地理区域中都出现过，因此研究发现暗示环境的变异可能对进化起到重要作用。