研究人员制造了一台DNA“时光机”，分析了过去一个世纪丹麦一个湖泊的环境变化，揭示了污染物和气候变化导致的重大生物多样性损失。虽然有一些生态恢复，但湖泊原有的生物多样性还不能完全恢复。
人工智能分析显示，污染程度、极端天气事件和气温上升破坏了淡水湖的生物多样性。
科学家首次验证了他们的DNA“时间机器”的概念，从而揭示了一个世纪以来淡水湖的环境变化——包括气温变暖和污染，导致生物多样性潜在的不可逆转的丧失。
他们的方法是将人工智能应用于基于dna的生物多样性、气候变量和污染，可以帮助监管机构保护地球现有的生物多样性水平，甚至改善它们。
伯明翰大学的研究人员与法兰克福歌德大学合作，利用丹麦一个湖底的沉积物重建了一个有100年历史的生物多样性、化学污染和气候变化水平的图书馆。这个湖的水质变化历史悠久，这使它成为测试生物多样性时间机器的完美自然实验。
湖岸上的采样船。来源:伯明翰大学
专家们在11月7日的《eLife》杂志上发表了他们的研究结果，他们透露，沉积物保存着随着时间的推移而变化的生物和环境信号的连续记录——从工业革命开始时的(半)原始环境到现在。
研究小组利用环境DNA——植物、动物和细菌留下的遗传物质——构建了整个淡水群落的图像。在人工智能的协助下，他们结合气候和污染数据分析了这些信息，以确定什么可以解释湖中物种的历史性损失。
伯明翰大学进化系统生物学和环境组学教授、艾伦·图灵研究所研究员、首席研究员路易莎·奥尔西尼解释说:“我们从湖底取了一个沉积物核心，并像时光机一样使用沉积物中的生物数据——回顾过去，以每年的分辨率建立上个世纪生物多样性的详细图景。”通过分析生物数据与气候变化数据和污染水平，我们可以确定对生物多样性影响最大的因素。
显示研究工作的图表。图片来源:Niamh Eastwood和Luisa Orsini教授
“在不影响人类生产的情况下保护每个物种是不现实的，但使用人工智能，我们可以优先保护提供生态系统服务的物种。同时，我们可以识别顶级污染物，指导对最不利影响的化合物进行调控。这些行动不仅可以帮助我们保护今天的生物多样性，而且有可能促进生物多样性的恢复。生物多样性维持着许多生态系统服务，我们都从中受益。保护生物多样性意味着保护这些服务。”
这组科学家发现，杀虫剂和杀菌剂等污染物，加上最低温度的升高(升高1.2-1.5度)，对生物多样性水平造成了最大的破坏。
然而，沉积物中存在的DNA也表明，在过去的20年里，湖泊已经开始恢复。随着湖周围地区农业用地的减少，水质有所改善。然而，尽管整体生物多样性增加，但群落与(半)原始阶段不同。这是令人担忧的，因为不同的物种可以提供不同的生态系统服务，因此它们无法返回特定地点可能会阻止特定服务的恢复。
该研究的主要作者、伯明翰大学的博士生Niamh Eastwood说:“这种污染和水温升高造成的生物多样性丧失可能是不可逆转的。100年前在湖中发现的已经消失的物种将无法全部回归。即使湖泊正在恢复，也不可能恢复到原来的原始状态。这项研究表明，如果我们不能保护生物多样性，其中大部分可能会永远消失。”
伯明翰大学环境生物信息学助理教授、该研究的共同主要作者周家瑞博士说:“从过去的经验中学习，我们的整体模型可以帮助我们预测在‘一切照旧’和其他污染情况下可能出现的生物多样性损失。”我们已经证明了基于人工智能的方法在理解生物多样性丧失的历史驱动因素方面的价值。随着新数据的出现，更复杂的人工智能模型可以用来进一步改善我们对生物多样性丧失原因的预测。”
接下来，研究人员将把他们对单个湖泊的初步研究扩展到英格兰和威尔士的湖泊。这项新研究将帮助他们了解他们观察到的模式是如何可复制的，因此，他们如何推广他们在污染和气候变化对湖泊生物多样性的影响方面的发现。
参考文献:Niamh Eastwood、Jiarui Zhou、Romain Derelle、Mohamed abu - elwafa Abdallah、William A Stubbings、Yunlu Jia、Sarah E Crawford、Thomas A Davidson、John K Colbourne、Simon Creer、Holly Bik、Henner Hollert和Luisa Orsini合著的《100年的人为影响导致淡水功能生物多样性的变化》，2023年11月7日，eLife。DOI: DOI: 10.7554 / eLife。分享推特reddit电子邮件分享
健康
生物学
科学
空间
科学
健康
空间
空间
发表评论
暂时没有评论，来抢沙发吧~