Un modelo de IA entrenado con casi cuatro millones de fósiles cuestiona el relato de las cinco grandes extinciones

Una imagen más precisa de las pérdidas del pasado

Un modelo de inteligencia artificial entrenado con casi cuatro millones de fósiles sugiere que tres de las cinco extinciones masivas más conocidas de la Tierra se desarrollaron como descensos graduales de la biodiversidad, en lugar de colapsos repentinos. La reconstrucción, llamada OneStrata, reúne una vasta colección de observaciones fósiles para abordar el debate sobre la rapidez con que desapareció la vida durante las mayores crisis biológicas del planeta.

Shuzhong Shen, paleontólogo de la Universidad de Nanjing, en China, presentó la investigación en una reunión de la Sociedad Geológica de Estados Unidos en Denver, Colorado, el 12 de octubre. Sus colegas de Zhejiang Lab, una institución centrada en la inteligencia artificial en Hangzhou, desarrollaron el modelo con una base de datos recopilada a lo largo de unos dos decenios de trabajo.

La cuestión central es el momento en que ocurrieron las pérdidas. La desaparición de muchas especies a lo largo de cientos de miles de años cuenta una historia diferente a la de una pérdida comparable concentrada en un breve periodo. Los científicos necesitan distinguir esos patrones para comprender cómo las alteraciones ambientales provocaron extinciones generalizadas.

Los hallazgos también se suman a un debate anterior a la inteligencia artificial. Una revisión académica publicada en Cambridge Prisms: Extinction concluye que las cinco grandes siguen siendo los cinco mayores eventos de extinción desde el Ordovícico temprano, pero se sitúan dentro de un continuo de intensidades de extinción, en lugar de constituir una categoría estadísticamente diferenciada.

Cómo las rocas se convierten en una línea de tiempo

OneStrata se basa en OneStratigraphy, una colección que contiene las profundidades registradas de millones de especímenes fósiles en secuencias rocosas de decenas de miles de sitios de todo el mundo. Cada observación ayuda a ubicar un organismo en la historia preservada en un lugar determinado.

Las rocas sedimentarias se acumulan en capas llamadas estratos. La posición de un fósil dentro de esas capas ayuda a los investigadores a determinar cuándo vivió un organismo en relación con otros. Al combinar muchas secuencias, pueden estimar cuándo aparecieron las especies, cuánto tiempo persistieron y cuándo desaparecieron.

Cuando reúnen esos registros locales, los investigadores se enfrentan a un enorme problema de correspondencia. Una especie hallada en varios sitios puede ayudar a conectar sus secuencias, pero la tarea completa abarca decenas de miles de especies y muchos tramos incompletos de roca. Encontrar un orden coherente en todas esas observaciones requiere una gran capacidad de cálculo.

Las reconstrucciones tradicionales simplifican la tarea agrupando los fósiles en intervalos de millones de años. Esos intervalos amplios facilitan las comparaciones globales, pero comprimen los cambios más breves en periodos mucho más extensos. Así, puede resultar difícil distinguir un episodio breve de extinción de un declive prolongado.

Qué hace diferente al modelo de IA

Los investigadores de Zhejiang Lab entrenaron su modelo para reconocer patrones estadísticos en los registros fósiles. El enfoque guarda una semejanza general con la manera en que un modelo de lenguaje de gran tamaño aprende patrones en los textos, aunque su tarea se centra en observaciones geológicas y no en frases.

Un modelo de lenguaje utiliza relaciones aprendidas para predecir cuál es la siguiente palabra más probable. OneStrata utiliza patrones de sus datos de entrenamiento para predecir cuándo es más probable que se haya depositado un fósil determinado. Esas estimaciones permiten reconstruir la biodiversidad a lo largo del tiempo geológico.

Shen describió el enfoque como un gran avance para el estudio de los estratos rocosos y los cambios en la diversidad:

una verdadera revolución para estudiar la estratigrafía y los cambios en la diversidad del pasado

Los desarrolladores del modelo afirman que su reconstrucción sugiere que tres de las cinco grandes fueron declives graduales de la biodiversidad. La descripción de la investigación no indica cuáles fueron esos tres eventos ni calcula cuánto duraron. Esos detalles son esenciales para comparar sus resultados con la evidencia de sitios fósiles concretos.

La principal ventaja práctica de OneStrata es su escala. Antes, los investigadores llegaban a un punto en que incorporar más especies y acortar los intervalos entre estimaciones requería una cantidad de cálculo poco práctica. Aprender patrones a partir de una gran base de datos ofrece otra forma de abordar esa limitación.

El avance anterior que hizo posible OneStrata

Shen y sus colegas ya habían demostrado en 2020 el valor de combinar grandes conjuntos de datos fósiles. Su reconstrucción utilizó una supercomputadora y un algoritmo para estimar la aparición y extinción de unas 11.000 especies marinas a lo largo de aproximadamente 300 millones de años, con una resolución temporal de unos 26.000 años.

La revisión de Cambridge describe con mayor precisión el análisis chino: 3.112 secciones rocosas medidas, 11.268 especies y una resolución de 0,026 millones de años, con una variación reportada de 0,0149 millones de años. El método, conocido como CONOP, busca el orden de aparición y desaparición de los fósiles que mejor se ajusta a las observaciones de distintas secciones.

El desarrollo de estas reconstrucciones abarca varios hitos:

• 1982: David Raup y Jack Sepkoski identificaron las cinco grandes mediante un análisis estadístico de datos sobre fósiles marinos.
• 2020: Shen y sus colegas reconstruyeron unos 300 millones de años de diversidad marina utilizando miles de secuencias rocosas y una supercomputadora.
• 12 de octubre: Shen presentó la nueva investigación sobre OneStrata en la reunión de la Sociedad Geológica de Estados Unidos en Denver.

La mejora en la resolución es considerable. El análisis original de 1982 utilizó pisos geológicos con una duración media de 7,4 millones de años. Dividir 7,4 millones entre 26.000 da aproximadamente 285, lo que ilustra cuánto más breves eran los intervalos de la reconstrucción de 2020. Aplicar una resolución tan precisa a conjuntos de datos más amplios es el desafío que OneStrata busca abordar.

Por qué se popularizó la cifra de cinco

Las cinco grandes son las extinciones de finales del Ordovícico, el Devónico tardío, finales del Pérmico, finales del Triásico y finales del Cretácico. Su agrupación habitual refleja su magnitud en el registro fósil de animales marinos y los métodos estadísticos utilizados para estudiarlas.

La revisión de las extinciones masivas de Cambridge Prisms: Extinction explica que investigaciones posteriores han revisado la interpretación original. Los cinco eventos siguen siendo los mayores desde el Ordovícico temprano, incluso en análisis que tienen en cuenta las lagunas en los registros fósil y geológico. Sin embargo, la intensidad de las extinciones forma un continuo que va de pérdidas menores a las mayores crisis.

La revisión también identifica intervalos del Cámbrico y el Ordovícico temprano con tasas de extinción superiores a las de las cinco grandes. Por lo tanto, destacar exactamente cinco eventos implica elegir qué parte de la historia geológica se compara y cómo se miden las pérdidas.

Según la revisión, algunos eventos ocurrieron en un periodo relativamente breve, mientras que otros se prolongaron durante cientos de miles de años o más. OneStrata aporta una nueva reconstrucción a un debate científico ya existente sobre las distintas formas en que se desarrollaron estas crisis.

Por qué importa la duración de una extinción

La extinción de finales del Triásico muestra cómo la escala temporal elegida puede cambiar la rapidez aparente de una crisis. La revisión de Cambridge señala que la última etapa del Triásico pudo durar hasta siete millones de años. Las investigaciones citadas en la revisión sitúan en unos 50.000 años una crisis oceánica de falta de oxígeno asociada a ese periodo, menos del 1 % de esa duración.

La crisis estuvo relacionada con la Provincia Magmática del Atlántico Central, un vasto episodio de actividad volcánica. Las aguas descritas como anóxicas contienen poco oxígeno o carecen de él, lo que crea condiciones peligrosas para los animales que dependen del oxígeno disuelto en el agua de mar.

Distribuir las pérdidas a lo largo de una etapa geológica completa produce una tasa de extinción calculada mucho menor que concentrarlas dentro de la crisis, de menor duración. La revisión estima que la tasa real pudo ser unas 100 veces superior a la derivada de los intervalos globales más amplios.

La falta de fósiles plantea otra dificultad. El último fósil hallado de una especie puede ser anterior a su extinción real, porque los restos posteriores nunca se preservaron, quedaron expuestos o fueron recolectados. En muchas especies, esas lagunas pueden adelantar las fechas aparentes de desaparición, haciendo que un evento concentrado parezca más gradual. Los paleontólogos llaman a este fenómeno efecto Signor-Lipps.

Matthew Clapham, paleontólogo de la Universidad de California en Santa Cruz, hizo una valoración prudente del potencial de OneStrata y señaló que ya existen reconstrucciones detalladas de lugares concretos:

Podríamos hacer algunas cosas más con este modelo, pero no sé si cambiaría por completo nuestra visión del mundo

Las secciones rocosas locales y los modelos globales responden a preguntas relacionadas, pero a distintas escalas. Los sitios individuales pueden conservar detalles precisos de una crisis, mientras que una reconstrucción global busca un patrón coherente entre muchos lugares. Comparar ambos enfoques es esencial para determinar si un declive gradual refleja la historia biológica, lagunas en la preservación o la forma en que se combinan los registros.

Contar las pérdidas también cambia la imagen

La extinción de finales del Pérmico muestra por qué importa tanto la unidad que se cuenta como la escala temporal. La revisión de Cambridge ofrece estimaciones de pérdidas de entre el 56 % y el 69 % a nivel de género, según el análisis. Un género es un grupo de especies emparentadas, por lo que perder un género y perder una especie representan cantidades distintas de diversidad biológica.

Los paleontólogos suelen contar géneros porque los fósiles solo conservan una parte de la anatomía de los organismos, lo que dificulta identificar las especies de manera sistemática. Un género puede persistir aunque desaparezcan varias de sus especies, siempre que sobreviva al menos una.

La revisión cita un cálculo según el cual el 81 % de las especies desapareció en el evento de finales del Pérmico, frente a la cifra máxima del 96 %, repetida con frecuencia, de un análisis anterior. Ambas describen una pérdida enorme, pero la diferencia muestra cómo los métodos para convertir las pérdidas de géneros en pérdidas de especies afectan la cifra final.

Las entradas de las bases de datos también miden cosas distintas. En el momento de publicarse la revisión, la Base de Datos de Paleobiología contenía más de 1,5 millones de registros de 225.000 colecciones de fósiles y 82.000 publicaciones. Los millones de especímenes de OneStratigraphy y sus posiciones en las capas rocosas aportan otro tipo de información. La utilidad de una base de datos depende de sus observaciones, cobertura y precisión, además de su tamaño.

Qué significa el debate para la crisis actual de biodiversidad

La revisión de Cambridge vincula el debate sobre las extinciones antiguas con las pérdidas actuales. Describe la tasa de extinción actual como posiblemente la segunda más rápida del último medio millardo de años, después del impacto del asteroide de finales del Cretácico, aunque considera que el número absoluto de extinciones hasta ahora es relativamente bajo en comparación con el de las mayores crisis antiguas.

La tasa y la pérdida total describen aspectos distintos del problema. La tasa mide la rapidez con que desaparecen las especies. La pérdida total mide cuánta diversidad ya se ha perdido. Una tasa rápida puede exigir medidas urgentes mientras todavía sobrevive una gran proporción de las especies.

La revisión propone la expresión «extinción masiva incipiente del Antropoceno» como alternativa a «sexta extinción masiva». Incipiente significa que está empezando a desarrollarse. La expresión transmite la conclusión de que la crisis está en marcha y de que todavía es posible evitar que alcance la magnitud de las mayores pérdidas del pasado remoto.

OneStrata devuelve el debate a una tarea científica concreta: reconstruir cuándo vivieron y desaparecieron los organismos con suficiente precisión para comprender el ritmo del cambio. Los resultados presentados cuestionan una imagen simple de cinco catástrofes repentinas. La literatura fósil más amplia ya describe una historia más variada, con eventos distintos en velocidad, magnitud y entornos afectados.

Puntos clave

• OneStrata se entrenó con casi cuatro millones de fósiles y sugiere que tres de las cinco grandes extinciones fueron declives graduales de la biodiversidad.
• El modelo utiliza OneStratigraphy, que registra la posición de fósiles en secuencias rocosas de decenas de miles de sitios de todo el mundo.
• Una reconstrucción de 2020 siguió a unas 11.000 especies marinas a lo largo de aproximadamente 300 millones de años, con una resolución de unos 26.000 años.
• La revisión de Cambridge concluye que las cinco grandes siguen siendo los mayores eventos desde el Ordovícico temprano, dentro de un continuo de intensidades de extinción.
• Las lagunas en la preservación, la escala temporal utilizada y los grupos biológicos contabilizados afectan las estimaciones de la rapidez y la gravedad de las extinciones.
• La revisión describe la tasa actual de extinción como excepcionalmente alta y concluye que aún es posible evitar pérdidas de la magnitud de las mayores crisis antiguas.