Massiv, computeranalyseret geologisk database afslører kemien i det gamle hav

En undersøgelse, der brugte et nyt digitalt bibliotek og maskinlæsesystem til at suge den faktiske marv fra millioner af geologiske publikationer tilbage i årtier, har afsløret et mangeårigt mysterium om det gamle liv:Hvorfor ophørte let-at-se og en gang almindelige strukturer kaldet stromatolitter i det væsentlige. dannes over jordens lange bue?

Stromatolitter er forvrængede lag af sediment dannet af mikrober, og de findes ofte i kalksten og andre gamle sedimentære klipper, der er afsat under oceaner.

"Geologer har længe vidst, at stromatolitter var rigelige i overfladiske havmiljøer under prækambrium, før fremkomsten af ​​multicellulært liv "for mere end 560 millioner år siden, siger Jon Husson, en postdoktoral forsker og medforfatter af et studie nu online i tidsskriftet Geologi . "Men, stromatolitter er sjældne i havet i dag. "

Den nye undersøgelse måler diaset i forekomsten af ​​stromatolit baseret på beskrivelser af sten, der er sigtet fra mere end 3 millioner videnskabelige publikationer.

"Paleontologer har stort set tilskrevet faldet i stromatolitter til udviklingen af ​​dyr, startede for omkring 560 millioner år siden, "siger Shanan Peters, professor i geovidenskab ved University of Wisconsin-Madison og studerer første forfatter. "Mange flercellede dyr, som snegle, spise mikrober. Udviklingen af ​​disse store mikrobe-græssende dyr ramte 'reset' på stromatolitens verden. Eller sådan er historien gået. "

Den nye undersøgelse fandt en svag sammenhæng mellem forekomst af stromatolit og dyrenes mangfoldighed, men en stærkere forbindelse til havvandskemi.

"Den bedste forudsigelse for forekomst af stromatolit, både før og efter dyrenes udvikling, er overflod af dolomit i lavvandede marine sedimenter, "siger Husson. Dolomit er et højt magnesium indhold af carbonat, typen sediment, der danner kalksten. Dolomit er sværere at lave end lavmagnesiumcarbonat, og det dannes i dag i kun en snæver vifte af marine miljøer.

Når havvandet er supermættet med carbonat, "der kan gøre det lettere for ting som stromatolitter at danne, "siger Husson." I Tanganyikasøen [Afrika], der dannes stromatolitter i dag, selvom der er dyr overalt, snegle og fisk. Søen er supermættet med carbonat, og det tigger om at blive udfældet. Mikroberne kommer med og hjælper det med at udfælde, og resultatet er en overflod af stromatolitter. "Forhøjet carbonatmætning kan også hjælpe dannelsen af ​​dolomit, derved driver korrelationen med stromatolitter fundet i denne undersøgelse.

Det er svært at måle forekomsten af ​​stromatolitter gennem hele Jordens historie, fordi det ikke er tilstrækkeligt at tælle antallet af stromatolitter alene. Du skal også vide, hvor mange sten der potentielt kan have stromatolitter, men gør ikke.

Den store nyskabelse ved denne undersøgelse er samspillet mellem en ny type digitalt bibliotek og maskinlæsesystem kaldet GeoDeepDive med en geologisk database kaldet Macrostrat. Begge stod i spidsen for Peters ved UW-Madison.

• GeoDeepDive er et digitalt bibliotek bygget på computerteknologi med høj kapacitet, der kan "læse" millioner af papirer og hæfte specifikke oplysninger fra. Til dato, GeoDeepDive -biblioteket indeholder mere end 3 millioner videnskabelige publikationer fra alle videnskabelige discipliner; nogle 10, 000 nye offentliggjorte artikler tilføjes dagligt.
• Macrostrat er en database, der beskriver de kendte geologiske egenskaber ved Nordamerikas øvre skorpe, på forskellige tidspunkter og dybder.

Den massive computerkapacitet på UW-Madisons Center for High Throughput Computing og HTCondor-system, tankegang fra UW-Madison computerforsker Miron Livny, driver GeoDeepDive. Ved at kombinere det digitale bibliotek med den geologiske database tillod forskerne at estimere, i forskellige tidsperioder, procentdelen af ​​lavvandede marine sten, der rent faktisk har stromatolitter.

Undersøgelsen begyndte i sommeren 2015, når den tredje forfatter, Julia Wilcots, en Madison-indfødt, der dengang var bachelor på Princeton, spurgte Peters om et sommerprojekt. "På min typiske måde gav jeg Julia et par muligheder, "Peters siger." Hun plukkede stromatolitter, så jeg sagde, 'Okay, gå gør det! ' Med minimal hjælp fra os, hun udviklede en arbejdsapplikation til at opdage og udtrække enhver omtale af stromatolitter fra vores bibliotek. "

Blandt 10, 200 papirer, der nævnte stromatolitter, "vores program var i stand til at udtrække 1, 013 med navnet på en klippeenhed, som gjorde det muligt for os at forbinde stromatolitforekomster til Macrostrat, "siger Husson.

Wilcots behøvede ikke at rejse for at se stromatolitter, Siger Peters. "I Madison, vi sidder på toppen af ​​klipper og registrerer en af ​​de største stigninger i stromatolitmængden - i hvert fald i løbet af dyrenes alder. "

Forskere har for længst observeret, at stromatolitter startede en lang tilbagegang lige før starten på den kambriske æra, men denne tilbagegang repræsenterede et "grundlæggende spørgsmål om paleobiologi, "Husson siger." Stromatolitter er de ældste fossiler, der er synlige for det blotte øje. Hvis du ser på en sten, der er en milliard år gammel, chancen for at se tegn på liv er lig med chancen for at se stromatolitter. "

Udover at besvare et grundlæggende spørgsmål om Jordens historie, den nye undersøgelse "giver os mulighed for at lave den slags analyser, som forskere kun plejede at drømme om, Peters siger:'Hvis vi bare kunne samle alle de offentliggjorte oplysninger om ... hvad som helst!'

"At lave denne undersøgelse uden GeoDeepDive ville være næsten umulig, "Tilføjer Peters." Læser tusinder af papirer for at finde referencer til stromatolitter, og derefter forbinde dem med en bestemt klippeenhed og en geologisk periode, ville tage en hel karriere, selv med Google Scholar. Her kom vi i gang med en talentfuld kandidat, der arbejdede på et sommerprojekt. GeoDeepDive har i høj grad sænket barrieren for at indsamle litteraturdata for at besvare mange spørgsmål. "

En anden skønhed ved de store data, maskinlæsningstilgang er den indbyggede evne til replikation og forbedring. "Nu hvor denne undersøgelse er udført, vi kan køre stromatolit -applikationen igen og igen. Vi kan finjustere søgningerne, og de vil evaluere de nye data, der bliver offentliggjort hele tiden, "Siger Peters." Så en genudsendelse kunne lave et bedre studie, med minimal indsats. "

I århundreder, "geologer har overført svært tilgængelige oplysninger fra feltet til svært tilgængelige oplysninger i litteraturen, "Siger Peters." For at opnå en bred syntese, du skal undersøge al den offentliggjorte viden. Der venter nye opdagelser i den videnskabelige litteratur, hvis du kan se det store billede og få alle data ét sted. "