Model AI yang Dilatih dengan Hampir Empat Juta Fosil Menantang Kisah Kepunahan Lima Besar

Gambaran lebih tajam tentang kepunahan purba

Sebuah model kecerdasan buatan yang dilatih dengan hampir empat juta fosil menunjukkan bahwa tiga dari lima peristiwa kepunahan massal paling terkenal di Bumi berlangsung sebagai penurunan keanekaragaman hayati secara bertahap, bukan kehancuran mendadak. Rekonstruksi yang disebut OneStrata ini menghadirkan kumpulan besar pengamatan fosil dalam perdebatan tentang seberapa cepat kehidupan menghilang selama krisis biologis terbesar di planet ini.

Shuzhong Shen, ahli paleontologi di Nanjing University, China, memaparkan penelitian ini dalam pertemuan Geological Society of America di Denver, Colorado, pada 12 Oktober. Rekan-rekannya di Zhejiang Lab, lembaga yang berfokus pada kecerdasan buatan di Hangzhou, mengembangkan model tersebut dengan menggunakan basis data yang dihimpun melalui sekitar dua dekade kerja.

Persoalan utamanya adalah waktu. Kehilangan spesies dalam jumlah besar selama ratusan ribu tahun memberikan gambaran berbeda dibandingkan kehilangan serupa yang terkonsentrasi dalam waktu singkat. Para ilmuwan perlu membedakan pola-pola tersebut untuk memahami bagaimana gangguan lingkungan berujung pada kepunahan luas.

Temuan ini juga masuk ke dalam perdebatan yang telah berlangsung sebelum kecerdasan buatan hadir. Sebuah tinjauan akademis yang diterbitkan di Cambridge Prisms: Extinction menyimpulkan bahwa Lima Besar tetap merupakan lima peristiwa kepunahan terbesar sejak awal periode Ordovisium, tetapi berada dalam rentang intensitas kepunahan yang berkesinambungan, bukan membentuk kategori yang secara statistik terpisah.

Bagaimana batuan menjadi garis waktu

OneStrata menggunakan OneStratigraphy, kumpulan data yang berisi kedalaman tercatat jutaan spesimen fosil dalam lapisan batuan dari puluhan ribu lokasi di seluruh dunia. Setiap pengamatan membantu menempatkan organisme dalam sejarah yang terekam di lokasi tertentu.

Batuan sedimen menumpuk dalam lapisan yang disebut strata. Posisi fosil di dalam lapisan tersebut membantu peneliti mengetahui kapan suatu organisme hidup dibandingkan dengan organisme lain. Dengan menggabungkan banyak urutan lapisan, mereka dapat memperkirakan kapan spesies muncul, berapa lama bertahan, dan kapan menghilang.

Peneliti menghadapi persoalan pencocokan yang sangat besar saat menyatukan catatan-catatan lokal tersebut. Spesies yang ditemukan di beberapa lokasi dapat membantu menghubungkan urutan lapisannya, tetapi keseluruhan tugas ini melibatkan puluhan ribu spesies dan banyak bagian catatan batuan yang tidak lengkap. Menemukan urutan yang koheren di antara semua pengamatan itu membutuhkan daya komputasi yang besar.

Rekonstruksi tradisional menyederhanakan tugas ini dengan mengelompokkan fosil ke dalam rentang waktu jutaan tahun. Rentang waktu yang luas memudahkan perbandingan global, tetapi memampatkan perubahan yang lebih singkat ke dalam periode yang jauh lebih panjang. Pulsa kepunahan singkat dan penurunan berkepanjangan pun sulit dibedakan.

Perbedaan yang dibawa model AI

Para peneliti Zhejiang Lab melatih model mereka untuk mengenali pola statistik dalam catatan fosil. Pendekatan ini secara umum mirip dengan cara model bahasa besar mempelajari pola dalam teks, meski tugasnya berkaitan dengan pengamatan geologis, bukan kalimat.

Model bahasa menggunakan hubungan yang dipelajari untuk memprediksi kata berikutnya yang paling mungkin. OneStrata menggunakan pola dalam data pelatihannya untuk memperkirakan kapan fosil tertentu kemungkinan besar terendapkan. Perkiraan tersebut mendukung rekonstruksi keanekaragaman hayati sepanjang waktu geologis.

Shen menggambarkan pendekatan ini sebagai kemajuan besar dalam penelitian lapisan batuan dan perubahan keanekaragaman:

sebuah revolusi nyata dalam penelitian stratigrafi dan perubahan keanekaragaman masa lalu

Pengembang model itu mengatakan rekonstruksinya menunjukkan bahwa tiga dari Lima Besar merupakan penurunan keanekaragaman hayati secara bertahap. Uraian penelitian tersebut tidak menyebutkan tiga peristiwa yang dimaksud ataupun perkiraan durasinya. Rincian itu penting untuk membandingkan hasilnya dengan bukti dari lokasi-lokasi fosil tertentu.

Keunggulan praktis OneStrata adalah skalanya. Sebelumnya, peneliti mencapai batas ketika penambahan jumlah spesies dan pemendekan rentang waktu antarperkiraan membutuhkan komputasi dalam jumlah yang tidak praktis. Mempelajari pola dari basis data besar menawarkan cara lain untuk mengatasi kendala tersebut.

Terobosan terdahulu di balik OneStrata

Shen dan rekan-rekannya telah menunjukkan manfaat penggabungan kumpulan data fosil berukuran besar pada 2020. Rekonstruksi mereka menggunakan superkomputer dan algoritme untuk memperkirakan kemunculan serta kepunahan sekitar 11.000 spesies laut selama kurang lebih 300 juta tahun, dengan resolusi waktu sekitar 26.000 tahun.

Tinjauan Cambridge menguraikan analisis China itu dengan lebih terperinci: 3.112 penampang batuan yang diukur, 11.268 spesies, dan resolusi 0,026 juta tahun, dengan variasi yang dilaporkan sebesar 0,0149 juta tahun. Metode yang dikenal sebagai CONOP ini mencari urutan kemunculan dan kepunahan fosil yang paling sesuai dengan pengamatan dari berbagai penampang.

Pengembangan rekonstruksi ini mencakup beberapa tonggak penting:

• 1982: David Raup dan Jack Sepkoski mengidentifikasi Lima Besar melalui analisis statistik data fosil laut.
• 2020: Shen dan rekan-rekannya merekonstruksi keanekaragaman laut selama sekitar 300 juta tahun menggunakan ribuan urutan batuan dan sebuah superkomputer.
• 12 Oktober: Shen memaparkan penelitian OneStrata yang lebih baru dalam pertemuan Geological Society of America di Denver.

Peningkatan resolusinya sangat besar. Analisis awal pada 1982 menggunakan tahap-tahap geologis yang rata-rata berlangsung 7,4 juta tahun. Membagi 7,4 juta dengan 26.000 menghasilkan sekitar 285, yang menunjukkan betapa jauh lebih pendeknya rentang waktu dalam rekonstruksi 2020. Tantangan yang ingin diatasi OneStrata adalah menerapkan resolusi setinggi ini pada kumpulan data yang lebih besar.

Mengapa angka lima begitu dikenal

Lima Besar mencakup kepunahan pada akhir Ordovisium, Devon Akhir, akhir Perm, akhir Trias, dan akhir Kapur. Pengelompokan yang dikenal luas ini mencerminkan besarnya peristiwa tersebut dalam catatan fosil hewan laut serta metode statistik yang digunakan untuk menelitinya.

Tinjauan tentang kepunahan massal di Cambridge Prisms: Extinction menjelaskan bahwa penelitian selanjutnya telah merevisi penafsiran awal. Lima peristiwa tersebut tetap merupakan yang terbesar sejak awal Ordovisium, termasuk dalam analisis yang memperhitungkan kekosongan dalam catatan fosil dan batuan. Namun, intensitas kepunahan membentuk suatu kontinum dari kehilangan yang lebih kecil hingga krisis terbesar.

Tinjauan itu juga mengidentifikasi rentang waktu di Kambrium dan Ordovisium awal dengan tingkat kepunahan yang lebih tinggi daripada Lima Besar. Karena itu, penentuan tepat lima peristiwa melibatkan pilihan tentang bagian sejarah geologis yang dibandingkan dan cara mengukur kehilangan tersebut.

Menurut tinjauan itu, sebagian peristiwa berlangsung relatif mendadak, sementara yang lain berlangsung selama ratusan ribu tahun atau lebih. OneStrata menambahkan rekonstruksi baru ke dalam diskusi ilmiah yang sudah ada mengenai perbedaan cara berlangsungnya krisis-krisis tersebut.

Mengapa durasi kepunahan penting

Kepunahan pada akhir Trias menunjukkan bagaimana skala waktu yang dipilih dapat mengubah kesan tentang cepatnya suatu krisis. Tinjauan Cambridge mencatat bahwa tahap terakhir Trias mungkin berlangsung hingga tujuh juta tahun. Penelitian yang dikutip dalam tinjauan tersebut memperkirakan krisis oksigen laut terkait berlangsung sekitar 50.000 tahun, kurang dari 1% dari rentang itu.

Krisis tersebut berkaitan dengan Provinsi Magmatik Atlantik Tengah, episode aktivitas vulkanis yang sangat luas. Perairan yang disebut anoksik mengandung sedikit atau tidak mengandung oksigen, sehingga menciptakan kondisi berbahaya bagi hewan yang bergantung pada oksigen terlarut dalam air laut.

Menyebarkan kehilangan itu ke seluruh tahap geologis menghasilkan tingkat kepunahan terhitung yang jauh lebih rendah dibandingkan jika kehilangan tersebut dikonsentrasikan pada krisis yang lebih singkat. Tinjauan tersebut memperkirakan tingkat sebenarnya bisa sekitar 100 kali lipat dari tingkat yang diperoleh dari rentang waktu global yang lebih luas.

Fosil yang hilang menimbulkan kesulitan lain. Fosil terakhir suatu spesies yang ditemukan bisa berasal dari masa sebelum spesies itu benar-benar punah, karena sisa-sisa yang lebih baru tidak pernah terawetkan, tersingkap, atau dikumpulkan. Jika terjadi pada banyak spesies, kekosongan tersebut dapat menggeser perkiraan waktu kepunahan ke masa yang lebih lampau sehingga peristiwa yang terkonsentrasi tampak lebih bertahap. Paleontolog menyebutnya efek Signor–Lipps.

Matthew Clapham, ahli paleontologi di University of California, Santa Cruz, memberikan penilaian yang hati-hati tentang potensi OneStrata dengan menunjuk pada rekonstruksi terperinci yang sudah tersedia dari lokasi-lokasi tertentu:

Kita mungkin bisa melakukan beberapa hal tambahan dengannya, tetapi saya tidak tahu apakah ini akan mengguncang dunia,

Penampang batuan lokal dan model global menjawab pertanyaan terkait pada skala yang berbeda. Lokasi individual dapat menyimpan detail krisis secara terperinci, sementara rekonstruksi global mencari pola yang konsisten di banyak tempat. Perbandingan keduanya penting untuk memahami apakah penurunan bertahap mencerminkan sejarah biologis, kekosongan dalam pelestarian, atau cara catatan-catatan tersebut digabungkan.

Penghitungan kehilangan juga mengubah gambaran

Kepunahan pada akhir Perm menunjukkan mengapa satuan yang dihitung sama pentingnya dengan skala waktu. Tinjauan Cambridge menyebutkan perkiraan kehilangan pada tingkat genus berkisar antara 56% hingga 69%, bergantung pada analisisnya. Genus adalah kelompok spesies yang berkerabat, sehingga kehilangan satu genus dan kehilangan satu spesies menunjukkan jumlah keanekaragaman hayati yang berbeda.

Paleontolog sering menghitung genus karena fosil hanya melestarikan sebagian anatomi organisme, sehingga spesies lebih sulit diidentifikasi secara konsisten. Sebuah genus dapat bertahan meski beberapa spesiesnya punah, asalkan setidaknya satu spesies masih ada.

Tinjauan tersebut mengutip perhitungan yang memperkirakan 81% spesies punah dalam peristiwa akhir Perm, dibandingkan dengan perkiraan atas 96% yang kerap diulang dari analisis lama. Keduanya menggambarkan kehilangan yang sangat besar, tetapi perbedaannya menunjukkan bagaimana metode untuk mengonversi kehilangan genus menjadi kehilangan spesies memengaruhi angka akhir.

Entri basis data juga mengukur hal yang berbeda. Pada saat tinjauan itu diterbitkan, Paleobiology Database memuat lebih dari 1,5 juta temuan dari 225.000 koleksi fosil dan 82.000 publikasi. Jutaan spesimen dalam OneStratigraphy beserta posisinya di lapisan batuan memberikan jenis informasi lain. Kegunaan suatu kumpulan data bergantung pada pengamatan, cakupan, dan ketepatannya, selain ukurannya.

Makna perdebatan ini bagi krisis keanekaragaman hayati saat ini

Tinjauan Cambridge mengaitkan pembahasan kepunahan purba dengan kehilangan spesies masa kini. Tinjauan itu menyebut tingkat kepunahan saat ini berpotensi menjadi yang tercepat kedua dalam setengah miliar tahun terakhir, setelah tumbukan asteroid pada akhir Kapur, sementara jumlah total kepunahan sejauh ini dinilai relatif kecil dibandingkan dengan krisis purba terbesar.

Tingkat dan jumlah kehilangan menggambarkan aspek masalah yang berbeda. Tingkat mengukur seberapa cepat spesies menghilang. Jumlah kehilangan mengukur seberapa banyak keanekaragaman yang sudah lenyap. Tingkat yang cepat dapat menuntut tindakan segera ketika sebagian besar spesies masih bertahan.

Tinjauan tersebut mengusulkan frasa "kepunahan massal Antroposen yang sedang bermula" sebagai alternatif untuk "kepunahan massal keenam". Istilah "sedang bermula" berarti mulai berkembang. Pilihan kata ini mencerminkan kesimpulan bahwa krisis sedang berlangsung dan tindakan masih dapat mencegahnya mencapai skala kehilangan terbesar pada masa purba.

OneStrata mengembalikan pembahasan ini ke tugas ilmiah yang konkret: merekonstruksi kapan organisme hidup dan menghilang dengan ketepatan yang memadai untuk memahami laju perubahan. Hasil yang dilaporkan menantang gambaran sederhana tentang lima bencana mendadak. Literatur fosil yang lebih luas telah menggambarkan sejarah yang lebih beragam, dengan peristiwa-peristiwa yang berbeda dalam kecepatan, skala, dan lingkungan yang terdampak.

Poin-Poin Utama

• OneStrata dilatih dengan hampir empat juta fosil dan menunjukkan bahwa tiga peristiwa kepunahan dalam Lima Besar merupakan penurunan keanekaragaman hayati secara bertahap.
• Model ini menggunakan OneStratigraphy, yang mencatat posisi fosil dalam urutan lapisan batuan dari puluhan ribu lokasi di seluruh dunia.
• Rekonstruksi pada 2020 melacak sekitar 11.000 spesies laut selama kurang lebih 300 juta tahun dengan resolusi sekitar 26.000 tahun.
• Tinjauan Cambridge menyimpulkan bahwa Lima Besar tetap merupakan peristiwa terbesar sejak awal Ordovisium, dalam rentang intensitas kepunahan yang berkesinambungan.
• Kekosongan dalam pelestarian, skala waktu yang digunakan, dan kelompok biologis yang dihitung sama-sama memengaruhi perkiraan kecepatan dan tingkat keparahan kepunahan.
• Tinjauan itu menyebut tingkat kepunahan saat ini sangat tinggi, tetapi menyimpulkan bahwa tindakan masih dapat mencegah kehilangan sebesar krisis purba terbesar.