به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از ساینس دیلی، میلیون‌ها سال پس از آنکه حیوانات برای اولین بار خشکی را فتح کردند، برخی از آنها یک چرخش تکاملی خارق‌العاده انجام دادند و به آب بازگشتند. محققان دانشگاه «ییل» با استفاده از یادگیری ماشینی و هزاران اندازه‌گیری فسیلی، سرنخ‌های شگفت‌انگیزی را در مورد اینکه کدام موجودات ماقبل تاریخ واقعاً آبزی شده‌اند، کشف کرده‌اند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که اسپینوسوروس بیشتر عمر خود را در زیر آب گذرانده است؛ در حالی که برخی از خزندگان دریایی باستانی که قبلاً تصور می‌شد کاملاً آبزی هستند، در واقع زمان قابل توجهی را در خشکی گذرانده‌اند.
برای میلیون ها سال، تکامل به حیوانات کمک کرد تا از زندگی در اقیانوس به زندگی در خشکی گذر کنند. اما سفر همیشه در یک جهت حرکت نمی کرد. بسیاری از گونه ها در نهایت به آب بازگشتند و سازگاری های جدیدی ایجاد کردند که به آنها اجازه داد در محیط های آبی رشد کنند.
ده ها گروه عمده از پستانداران و خزندگان این تغییر تکاملی قابل توجه را انجام دادند. اکنون، یک مطالعه جدید از دانشگاه ییل در حال روشن کردن زمان و چگونگی این انتقال است، و همچنین اینکه کدام حیوانات باستانی کاملاً آبزی شده‌اند و به خشکی وابسته هستند.
این گروه‌های آبزی ثانویه به روش‌های بسیار مشابهی با خانه جدید آبی‌شان سازگار شدند؛ باله‌های در حال تکامل و مجموعه‌ای از ویژگی‌های دیگر که آنها را شناگران بهتری می‌کرد. در نتیجه، آنها به نمونه‌های کتاب درسی تکامل همگرا تبدیل شده‌اند که می‌تواند چیزهای زیادی در مورد فرآیندهایی که باعث ایجاد تغییرات تطبیقی در پاسخ به نشانه‌های محیطی مشابه می‌شوند، به ما بگوید.
استفاده از فسیل‌های باستانی و هوش مصنوعی برای بازسازی تکامل
برای بررسی این تغییرات تکاملی، محققان صدها نمونه فسیلی و مدرن موجود در موزه «ییل پیبادی» و ده‌ها موسسه دیگر در سراسر جهان را بررسی کردند. آنها داده‌های جدید گسترده‌ای از جمله اندازه‌گیری‌ها (بیش از ۱۱۰۰۰)، عکس‌ها و سی‌تی‌اسکن‌ها را جمع‌آوری کردند.
این تیم تکنیک‌های دیرینه‌شناسی سنتی را با مدل‌های یادگیری ماشینی که روابط تکاملی را در نظر می‌گیرند، ترکیب کرد. آنها همچنین یک رویکرد آماری را در نظر گرفتند که در ابتدا توسط نیروهای دریایی در طول جنگ جهانی دوم استفاده می‌شد. این روش‌ها در کنار هم، راهی جدید برای بررسی یکی از قابل توجه‌ترین گذارها در تکامل مهره‌داران ارائه دادند.
بازسازی زندگی اشکال حیات منقرض شده به روشی علمی دقیق، برخلاف داستان‌سرایی صرف، کاری دقیق و ظریف است. این امر مستلزم درهم‌آمیختگی دقیق داده‌های موجودات مدرن است که درک ما از آنها لزوماً بسیار عمیق‌تر است و همچنین دانش تبارشناسی این موجودات زنده نسبت به اشکال فسیلی.
دهه‌هاست که دانشمندان در مورد زمان سازگاری کامل گروه‌های خاصی از حیوانات ماقبل تاریخ با زندگی در زیر آب اختلاف نظر دارند. سوابق فسیلی اغلب سرنخ‌های ناقص یا متناقضی ارائه می‌دهند و تعیین اینکه آیا یک گونه منقرض شده در درجه اول در خشکی، در آب یا در هر دو محیط زندگی می‌کرده است را دشوار می‌کند.
برخی از ویژگی‌های اسکلتی ممکن است نشان دهنده سبک زندگی آبزی باشد؛ در حالی که برخی دیگر نشان می‌دهند که همان حیوان قادر به حرکت و تغذیه در خشکی بوده است. این تناقضات محققان را به نتیجه‌گیری‌های متفاوتی در مورد نحوه رفتار گونه‌های باستانی سوق داده است.
محققان برای پرداختن به این عدم قطعیت، روشی را با استفاده از مدل‌های یادگیری ماشینی نسبتاً ساده اما مؤثر توسعه دادند که بر روی حیوانات زنده آموزش دیده‌اند. با شناسایی روابط بین نسبت‌های اسکلتی و سبک‌های زندگی شناخته‌شده، این مدل‌ها می‌توانند تخمین بزنند که گونه‌های منقرض‌شده چگونه از محیط‌های آبی استفاده می‌کردند. آنها همچنین می‌توانند سازگاری‌های بافت نرم، از جمله ساختارهای شنا که به ندرت در فسیل‌ها باقی می‌مانند را پیش‌بینی کنند.
اسپینوسوروس ممکن است بیشتر عمر خود را زیر آب گذرانده باشد
یکی از قابل توجه‌ترین یافته‌ها مربوط به اسپینوسوروس، یک دایناسور غول‌پیکر ماقبل تاریخ است که رابطه‌اش با آب جنجال‌های قابل توجهی را ایجاد کرده است.
اسپینوسوروس تقریباً ۱۱۳ میلیون تا ۹۴ میلیون سال پیش در جایی زندگی می‌کرد که اکنون شمال آفریقا است. اگرچه دانشمندان عموماً موافقند که این موجود با محیط‌های آبی مرتبط بوده است، اما نحوه دقیق حرکت، شکار و گذراندن وقت آن همچنان موضوع بحث است.
برخی شواهد به حیوانی اشاره دارد که اغلب خود را در زیر آب غوطه‌ور کرده و طعمه را دنبال می‌کرد، بسیار شبیه به فک‌ها یا پنگوئن‌ها. یافته‌های دیگر نشان می‌دهد که سبک زندگی آن به یک حواصیل مدرن نزدیک‌تر بوده است؛ به طوری که اسپینوسوروس در امتداد خطوط ساحلی و در آب‌های کم‌عمق راه می‌رفته و به دنبال غذا می‌گشته است.
تجزیه و تحلیل تیم ییل، پشتیبانی جدیدی را برای تفسیر بیشتر آبزی ارائه می‌دهد.
اگرچه این یافته‌ها به همه سوالات در مورد نحوه شکار اسپینوسوروس پاسخ نمی‌دهد، اما این فرضیه را تقویت می‌کند که این شکارچی عظیم‌الجثه بخش بسیار بیشتری از عمر خود را در زیر آب گذرانده است تا در خشکی.
خزندگان دریایی باستانی که هرگز کاملاً خشکی را ترک نکردند
محققان به نتیجه متفاوتی در مورد مزوسورها رسیدند؛ خزندگان دریایی کوچکی که بین ۲۹۰ تا ۲۷۴ میلیون سال پیش در مناطقی زندگی می‌کردند که اکنون بخش‌هایی از آفریقای جنوبی و شرق آمریکای جنوبی را تشکیل می‌دهند.
مزوسورها مدت‌هاست که مورد توجه دیرینه‌شناسان بوده‌اند زیرا آنها بچه‌های زنده به دنیا می‌آوردند؛ ویژگی‌ای که برخی از محققان آن را به عنوان شواهدی از وجود کاملاً آبزی تفسیر کرده‌اند. با این حال، تجزیه و تحلیل جدید نشان می‌دهد که اندام‌های آنها برای زندگی کاملاً در آب سازگار نبوده است.
در عوض، نسبت اسکلتی آنها نشان می‌دهد که مزوسورها مرتباً بین محیط‌های آبی و خشکی در حرکت بوده‌اند. آنها زمان زیادی را در خشکی گذرانده‌اند؛ مانند تمساح یا پلاتیپوس امروزی. مزوسورها کاملاً خشکی را ترک نکردند.
این یافته‌ها همچنین الگوی وسیع‌تری را در بین خزندگان دریایی اولیه نشان می‌دهد. به گفته محققان، همه خزندگان دریایی پالئوزوئیک (همه خزندگان دریایی قبل از ظهور دایناسورها) به طور منظم به خشکی بازمی‌گشتند. به نظر نمی‌رسید که هیچ‌کدام سبک زندگی کاملاً آبی را تکامل داده باشند، و حتی سازگارترین گونه‌ها با آب، دوزیست باقی مانده‌اند.
محققان دریافتند که نسبت‌های اندام‌های جلویی به ویژه برای تشخیص این سبک‌های زندگی مفید هستند. با استفاده از این اطلاعات، مدل‌های آنها می‌توانند با دقت بیش از ۹۰ درصد پیش‌بینی کنند که آیا یک حیوان دارای باله‌های بافت نرم است و آیا عادات بسیار یا کاملاً آبی دارد.
یک تکنیک جنگ جهانی دوم به حل یک معمای تکاملی کمک می‌کند
بخشی به ویژه غیرمعمول از تحقیق شامل تطبیق یک روش آماری بود که در دهه ۱۹۴۰ توسعه یافته بود.
«ژاک گوتیه»، استاد علوم زمین و سیاره‌ای در ییل و متصدی دیرینه‌شناسی مهره‌داران در موزه پیبادی، یکی از محققان این مطالعه، گفت: "کالب یک تکنیک آماری از دوران گذشته را احیا کرد. این تکنیک در طول جنگ جهانی دوم برای تخمین احتمال اینکه یک نقطه روشن در حال نزدیک شدن روی صفحه رادار، یک هواپیمای دشمن باشد، توسعه داده شد. کالب هوشمندانه از آن استفاده کرد تا بفهمد که آیا یک حیوان منقرض شده اندام‌هایی برای شنا اصلاح شده دارد یا خیر."
با استفاده مجدد از این رویکرد، محققان می‌توانند احتمال اینکه یک گونه منقرض شده دارای سازگاری‌های تخصصی شنا بوده باشد را ارزیابی کنند، حتی زمانی که شواهد مستقیمی از آن ویژگی‌ها وجود نداشته باشد.
این روش در نهایت می‌تواند به دانشمندان در بررسی سایر تغییرات عمده در تاریخ تکامل کمک کند. کاربردهای بالقوه شامل مطالعه زمانی است که اجداد انسان توانایی راه رفتن روی دو پا را پیدا کردند و اینکه چگونه اجداد دایناسور پرندگان توانایی پرواز را پیدا کردند.
روشی جدید برای درک حیوانات منقرض شده
از آنجا که اکثر مهره‌داران ماقبل تاریخ در درجه اول از طریق اسکلت‌های فسیل شده آنها شناخته می‌شوند، بازسازی رفتار آنها یکی از بزرگترین چالش‌های دیرینه‌شناسی است. استخوان‌ها اطلاعات ارزشمندی را حفظ می‌کنند، اما به ندرت تصویر کاملی از نحوه زندگی یک حیوان ارائه می‌دهند.
به طور سنتی، دانشمندان ویژگی‌های اسکلتی خاص را برای استدلال در مورد سبک زندگی گونه‌های منقرض شده تفسیر کرده‌اند. این تفاسیر می‌توانند به طور قابل توجهی متفاوت باشند، به خصوص زمانی که فسیل‌ها ناقص هستند یا چندین ویژگی آناتومیکی به نتایج متفاوتی اشاره دارند.
رویکرد جدید روشی سیستماتیک‌تر برای ارزیابی آن شواهد ارائه می‌دهد و از الگوهای مشاهده شده در گونه‌های زنده برای پیش‌بینی‌های قابل آزمایش در مورد حیواناتی استفاده می‌کند که میلیون‌ها سال پیش ناپدید شده‌اند.
استخوان‌ها تنها چیزی هستند که از اکثریت قریب به اتفاق حیوانات مهره‌داری باقی مانده‌اند که روی زمین زندگی کرده‌اند. محققان می‌خواهند چیزهای زیادی در مورد این موجودات و توالی جهان‌های گمشده‌ای بدانند که در آنها ساکن بوده‌اند اما اطلاعات کمی برای نتیجه‌گیری‌هایشان دارند. بشتر محققان سعی کرده‌اند از بقایای اسکلتی، عادات زندگی را تشخیص دهند و عموماً بر اساس یک مجموعه از ویژگی‌های ترجیحی یا دیگری استدلال می‌کنند. روش کالب، ذهنیت را از این فرآیند حذف می‌کند و به داده‌ها اجازه می‌دهد تا خود گویای همه چیز باشند.
این یافته ها در مجله Current Biology منتشر شد.