Een studie waarbij een nieuwe digitale bibliotheek en een machinaal uitleessysteem werden gebruikt om het feitelijke merg uit miljoenen geologische publicaties van tientallen jaren terug te zuigen, heeft een al lang bestaand mysterie van het oude leven ontrafeld:waarom zijn gemakkelijk te zien en ooit voorkomende structuren, stromatolieten genaamd, in wezen verdwenen vormen over de lange boog van de geschiedenis van de aarde?

Stromatolieten zijn verwrongen sedimentlagen gevormd door microben, en ze worden vaak gevonden in kalksteen en andere oude sedimentaire gesteenten die onder oceanen zijn afgezet.

"Geologen weten al lang dat stromatolieten overvloedig aanwezig waren in ondiepe mariene omgevingen tijdens het Precambrium, vóór de opkomst van meercellig leven", meer dan 560 miljoen jaar geleden, zegt Jon Husson, een postdoctoraal onderzoeker en co-auteur van een studie die nu online in het tijdschrift staat Geologie . "Maar, stromatolieten zijn tegenwoordig zeldzaam in de oceaan."

De nieuwe studie meet de verschuiving in de prevalentie van stromatolieten op basis van beschrijvingen van gesteenten die zijn gezeefd uit meer dan 3 miljoen wetenschappelijke publicaties.

"Paleontologen hebben de afname van stromatolieten grotendeels toegeschreven aan de evolutie van dieren, ongeveer 560 miljoen jaar geleden begonnen, " zegt Shanan Peters, een professor in de geowetenschappen aan de Universiteit van Wisconsin-Madison en de eerste auteur van de studie. "Veel meercellige dieren, als slakken, eet microben. De evolutie van deze grote microbe-grazende dieren bereikte een 'reset' op de wereld van de stromatoliet. Of zo is het verhaal gegaan."

De nieuwe studie vond een zwakke correlatie tussen het voorkomen van stromatolieten en de diversiteit van dieren, maar een sterkere link met zeewaterchemie.

"De beste voorspeller van de prevalentie van stromatolieten, zowel voor als na de evolutie van dieren, is de overvloed aan dolomiet in ondiepe mariene sedimenten, " zegt Husson. Dolomiet is een carbonaatsoort met een hoog magnesiumgehalte, het type sediment dat kalksteen vormt. Dolomiet is moeilijker te maken dan carbonaat met een laag magnesiumgehalte en wordt tegenwoordig in slechts een beperkt aantal mariene milieus gevormd.

Wanneer het oceaanwater oververzadigd is met carbonaat, "dat kan het gemakkelijker maken voor dingen als stromatolieten om zich te vormen, ", zegt Husson. "In het Tanganyikameer [Afrika], er vormen zich tegenwoordig stromatolieten, ook al zijn er overal dieren, slakken en vissen. Het meer is oververzadigd met carbonaat, en het smeekt om te worden neergeslagen. De microben komen langs en helpen het neer te slaan, en het resultaat is een overvloed aan stromatolieten." Verhoogde carbonaatverzadiging kan ook helpen bij de vorming van dolomiet, waardoor de correlatie met stromatolieten die in deze studie werd gevonden, werd aangedreven.

Het meten van de prevalentie van stromatolieten door de hele geschiedenis van de aarde is moeilijk omdat het tellen van het aantal stromatolieten alleen niet voldoende is. Je moet ook weten hoeveel rotsen mogelijk stromatolieten kunnen bevatten, maar doe niet.

De grote innovatie van deze studie is het samenspel van een nieuw type digitale bibliotheek en machineleessysteem genaamd GeoDeepDive met een geologische database genaamd Macrostrat. Beiden werden aangevoerd door Peters bij UW-Madison.

• GeoDeepDive is een digitale bibliotheek gebouwd op high-throughput computertechnologie die miljoenen papieren kan "lezen" en specifieke informatie kan overhevelen. Daten, de GeoDeepDive-bibliotheek bevat meer dan 3 miljoen wetenschappelijke publicaties uit alle wetenschappelijke disciplines; zo'n 10, Dagelijks worden er 000 nieuwe gepubliceerde artikelen toegevoegd.
• Macrostrat is een database die de bekende geologische eigenschappen van de bovenlaag van Noord-Amerika beschrijft, op verschillende tijdstippen en diepten.

De enorme rekencapaciteit bij UW-Madison's Center for High Throughput Computing en HTCondor-systeem, het geesteskind van UW-Madison computerwetenschapper Miron Livny, bevoegdheden GeoDeepDive. Door de digitale bibliotheek te combineren met de geologische database konden de onderzoekers schatten, op verschillende tijdstippen, het percentage ondiepe mariene rotsen die daadwerkelijk stromatolieten bevatten.

Het onderzoek begon in de zomer van 2015 wanneer de derde auteur, Julia Wilcots, een inwoner van Madison die toen een student was aan Princeton, vroeg Peters om een ​​zomerproject. "Op mijn typische manier gaf ik Julia een paar opties, ' zegt Peters. 'Ze plukte stromatolieten, dus ik zei, 'Oke, ga en doe het!' Met minimale hulp van ons, ze ontwikkelde een werkende applicatie om elke vermelding van stromatolieten uit onze bibliotheek te ontdekken en te extraheren."

onder 10, 200 artikelen die stromatolieten noemden, "ons programma kon er 1 extraheren 013 met de naam van een rotseenheid, waardoor we stromatolieten konden koppelen aan Macrostrat, ', zegt Husson.

Wilcots hoefde niet te reizen om stromatolieten te zien, zegt Pieters. "In Madison, we zitten bovenop rotsen en registreren een van de grootste stijgingen in de overvloed aan stromatolieten - tenminste tijdens het tijdperk van dieren."

Wetenschappers hebben lang geleden vastgesteld dat stromatolieten een lange achteruitgang begonnen net voor het begin van het Cambrium-tijdperk, maar die achteruitgang vertegenwoordigde een "fundamentele kwestie van paleobiologie, Husson zegt. Stromatolieten zijn de oudste fossielen die met het blote oog zichtbaar zijn. Als je kijkt naar steen die een miljard jaar oud is, de kans om bewijs van leven te zien is gelijk aan de kans om stromatolieten te zien."

Naast het beantwoorden van een fundamentele vraag over de geschiedenis van de aarde, de nieuwe studie "stelt ons in staat om het soort analyses te doen waar wetenschappers vroeger alleen van droomden, Peters zegt:'Als we alle gepubliceerde informatie over... wat dan ook zouden kunnen verzamelen!'

"Deze studie doen zonder GeoDeepDive zou bijna onmogelijk zijn, Peters voegt eraan toe. "Duizenden kranten lezen om verwijzingen naar stromatolieten eruit te pikken, en ze vervolgens te koppelen aan een bepaalde rotseenheid en geologische periode, een hele carrière zou kosten, zelfs met Google Scholar. Hier zijn we aan de slag gegaan met een getalenteerde student die aan een zomerproject werkte. GeoDeepDive heeft de drempel voor het verzamelen van literatuurgegevens aanzienlijk verlaagd om veel vragen te beantwoorden."

Nog een schoonheid van de big data, machinaal lezen is de ingebouwde mogelijkheid voor replicatie en verbetering. "Nu dit onderzoek is gedaan, we kunnen de stromatoliet-applicatie keer op keer uitvoeren. We kunnen de zoekopdrachten verfijnen, en ze zullen de nieuwe gegevens evalueren die voortdurend worden gepubliceerd, " zegt Peters. "Dus een herhaling zou een betere studie kunnen maken, met minimale inspanning."

Eeuwenlang, "geologen hebben moeilijk verkrijgbare informatie uit het veld overgebracht naar moeilijk verkrijgbare informatie in de literatuur, " Peters zegt. "Om een ​​synthese op grote schaal te bereiken, je moet alle gepubliceerde kennis overzien. Er wachten nieuwe ontdekkingen in de wetenschappelijke literatuur, als je het grote geheel kunt zien en alle gegevens op één plek kunt krijgen."