今日社会新闻热点_青年学者:化石数字化研究有望更好破解生物演化密码

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  中新网北京9月7日电 (记者 孙自法)化石作为古生物学研究最主要且险些唯一的质料,恒久以来不能制止地受到保留环境的影响,其中的噪声造成形态学特征的不完整与失真,进而影响后续的系统发育和功效形态方面研究。

  针对这一问题,古生物领域多位青年学者最新相助研究提出,犹如现代通讯系统在数字信号取代模拟信号之后迎来大生长一样,未来基于信息论的古生物学数字化研究,可对化石中的噪声影响等形态学信息举行量化,有望辅助学界更好地破解生物演化的密码。

  由美国自然历史博物馆余琮煜、北京大学地球与空间科学学院江左其杲、中国科学院古脊椎动物与昔人类研究所王海冰等配合完成的“形态学特征中的信息”功效论文,克日在国际学术期刊《生态学与演化》在线揭晓,明确提出可将信息论与通讯系统工程作为古生物形态学研究的理论基础。

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  加性高斯白噪声信道模子下的特征矩阵中的信道容量与特征数的关系。 研究团队 供图

  他们先容说,此前只管部门研究讨论了差异区域与年月中化石保留的完整性,但其中绝大多数停留在数据网络与统计上,并没有将化石中受到噪声的影响量化。

  最新相助研究则通过讨论多个脊椎动物形态学特征矩阵中的信息熵(信息量)、互信息信道容量等参数,提泛起在的形态学矩阵并没有很好区域分信源编码与信道编码,差异特征之间差异较大的信息熵往往被忽视,矩阵中过多的特征数目可能导致信息通报的低效。他们剖析称,古生物学中最基础的问题与通讯相类似,在于现代近似或者正确重现地质年月中的古生物包罗它们的演化历史与形态功效等诸多方面。

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  在古生物学系统发育研究中,绝大多数研究只能依赖形态学数据,与此相反的是,在现代生物或者最近灭绝的生物的系统发育研究中,研究职员可以行使DNA或者卵白质序列这样易于数字化的数据。因此,DNA或者卵白质序列异常靠近于现代通讯系统中的数字信号,而形态学数据更靠近于模拟信号。

  本次相助研究首先盘算出多个脊椎动物形态学特征矩阵中每个特征的信息熵,拥有更多特征状态的特征有显著较高的信息熵。进一步研究,又盘算出每个特征矩阵中特征对之间的互信息,发现特征之间的相关性普遍存在。由于信息熵直接器量了单个变量的信息量若干,因此可以在系统发育的特征权重方面提供参考依据。

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  特征矩阵中的多个特征的团结信息熵与互信息漫衍。 研究团队 供图

  此外,该研究还对照了一致加权、隐含加权与信息熵加权在多个脊椎动物类群中的系统发育效果。只管最终效果十分靠近,但信息熵加权由于完全不需要任何先验知识,且直接确立了特征权重与信息熵之间的关系,比其他加权方式拥有更好的注释性和更少的分外假设。

  相助研究团队指出,随着考察手段的提高,古生物学家需要处置飞速增添的数据,但现在大量的古生物数据依然依赖研究职员的手工处置。只管大量的数字化手段已在古生物学研究中被实践,例如形态学特征矩阵和基于标志点的形态几何学、CT扫描等,“若何在海量的数据中寻找我们需要的信息依然是很有挑战性的事情”。

  他们示意,学界行使已经生长成熟的信息论与通讯系统工程作为理论基础,可为形态学数据的数字化提供理论支持,也将为基于形态学的系统发育研究提供指导。(完)

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