En studie som använde ett nytt digitalt bibliotek och maskinläsningssystem för att suga den faktiska märgen från miljontals geologiska publikationer som går tillbaka årtionden har avslöjat ett mångårigt mysterium om det gamla livet:Varför upphörde lätt att se och en gång vanliga strukturer som kallas stromatoliter i huvudsak upphöra bildas över jordens långa båge?

Stromatoliter är förvrängda sedimentlager som bildas av mikrober, och de finns ofta i kalksten och andra gamla sedimentära bergarter som avsatts under hav.

"Geologer har länge vetat att stromatoliter var rikliga i grunda marina miljöer under prekambrium, före uppkomsten av flercelligt liv "för mer än 560 miljoner år sedan, säger Jon Husson, en postdoktoral forskare och medförfattare till en studie som nu finns online i tidskriften Geologi . "Men, stromatoliter är sällsynta i havet idag. "

Den nya studien mäter glidningen i stromatolitprevalens baserat på beskrivningar av stenar som siktas från mer än 3 miljoner vetenskapliga publikationer.

"Paleontologer har till stor del tillskrivit nedgången i stromatoliter till utvecklingen av djur, började för 560 miljoner år sedan, "säger Shanan Peters, en professor i geovetenskap vid University of Wisconsin-Madison och studerar första författaren. "Många flercelliga djur, som sniglar, äter mikrober. Utvecklingen av dessa stora mikrobe-betande djur slår 'reset' på stromatolitens värld. Eller så har historien gått. "

Den nya studien fann en svag korrelation mellan stromatolit förekomst och mångfalden av djur, men en starkare länk till havsvattenkemi.

"Den bästa prediktorn för stromatolitprevalens, både före och efter utvecklingen av djur, är mängden dolomit i grunda marina sediment, "säger Husson. Dolomit är en mängd magnesium med hög magnesiumhalt, typen av sediment som bildar kalksten. Dolomit är svårare att göra än lågmagnesiumkarbonat och det bildas idag i endast ett trångt område av marina miljöer.

När havsvattnet är övermättat med karbonat, "som kan göra det lättare för saker som stromatoliter att bildas, "säger Husson." I Tanganyikasjön [Afrika], det bildas stromatoliter idag, även om det finns djur överallt, sniglar och fisk. Sjön är övermättad med karbonat, och det ber om att bli utfällt. Mikroberna följer med och hjälper det att fälla ut, och resultatet är ett överflöd av stromatoliter. "Förhöjd karbonatmättnad kan också hjälpa bildandet av dolomit, därigenom driver korrelationen med stromatoliter som finns i denna studie.

Att mäta förekomsten av stromatoliter genom hela jordens historia är svårt eftersom det inte är tillräckligt att räkna antalet stromatoliter ensam. Du måste också veta hur många stenar som potentiellt kan ha stromatoliter, men gör det inte.

Den stora innovationen i denna studie är samspelet mellan en ny typ av digitalt bibliotek och maskinläsningssystem som heter GeoDeepDive med en geologisk databas som heter Macrostrat. Båda leddes av Peters vid UW-Madison.

• GeoDeepDive är ett digitalt bibliotek som bygger på datorteknik med hög kapacitet som kan "läsa" miljontals papper och häva av specifik information. Hittills, GeoDeepDive -biblioteket innehåller mer än 3 miljoner vetenskapliga publikationer från alla vetenskapliga discipliner; ungefär 10, 000 nya publicerade artiklar läggs till dagligen.
• Macrostrat är en databas som beskriver de kända geologiska egenskaperna i Nordamerikas övre skorpa, vid olika tidpunkter och djup.

Den massiva datorkapaciteten vid UW-Madisons Center for High Throughput Computing och HTCondor-system, tanken på UW-Madisons datavetenskapare Miron Livny, driver GeoDeepDive. Genom att kombinera det digitala biblioteket med den geologiska databasen fick forskarna uppskatta, vid olika tidsperioder, andelen grunda marina stenar som faktiskt har stromatoliter.

Studien började sommaren 2015, när den tredje författaren, Julia Wilcots, en Madison-infödd som då var en grundutbildning vid Princeton, bad Peters om ett sommarprojekt. "På mitt typiska sätt gav jag Julia några alternativ, "Peters säger." Hon plockade stromatoliter, så jag sa, 'Okej, gå och gör det! ' Med minimal hjälp från oss, hon utvecklade en fungerande applikation för att upptäcka och extrahera alla omnämnanden av stromatoliter från vårt bibliotek. "

Bland 10, 200 papper som nämnde stromatoliter, "vårt program kunde extrahera 1, 013 med namnet på en bergsenhet, vilket gjorde att vi kunde koppla stromatolitförekomster till Macrostrat, säger Husson.

Wilcots behövde inte resa för att se stromatoliter, Säger Peters. "I Madison, vi sitter på toppen av stenar och registrerar en av de största stigningarna i stromatolitmängden - åtminstone under djuren. "

Forskare har för länge sedan observerat att stromatoliter började en lång nedgång strax före starten av den kambriumska eran, men den nedgången representerade en "grundläggande fråga om paleobiologi, "Säger Husson." Stromatoliter är de äldsta fossilerna som är synliga för blotta ögat. Om du tittar på en sten som är en miljard år gammal, chansen att se bevis på liv är lika stor som chansen att se stromatoliter. "

Utöver att besvara en grundläggande fråga om jordens historia, den nya studien "tillåter oss att göra den typ av analyser som forskare brukade drömma om, Peters säger:"Om vi ​​bara kunde sammanställa all publicerad information om ... vad som helst!"

"Att göra denna studie utan GeoDeepDive vore nästan omöjligt, "Tillägger Peters." Läser tusentals tidningar för att välja referenser till stromatoliter, och sedan länka dem till en viss bergsenhet och geologisk period, skulle ta en hel karriär, även med Google Scholar. Här började vi med en begåvad grundutbildning som arbetade med ett sommarprojekt. GeoDeepDive har kraftigt sänkt hindret för att sammanställa litteraturdata för att svara på många frågor. "

En annan skönhet med big data, maskinläsningsmetod är den inbakade förmågan för replikering och förbättring. "Nu när denna studie har gjorts, vi kan köra stromatolitapplikationen om och om igen. Vi kan förfina sökningarna, och de kommer att utvärdera den nya data som publiceras hela tiden, "Säger Peters." Så en repris kan göra en bättre studie, med minimal ansträngning. "

I århundraden, "geologer har överfört svåråtkomlig information från fältet till svåråtkomlig information i litteraturen, "Säger Peters." För att uppnå en storskalig syntes, du måste undersöka all publicerad kunskap. Det finns nya upptäckter som väntar i den vetenskapliga litteraturen, om du kan se helheten och få all data på ett ställe. "