南京大学揭秘古生代海洋生物多样性演化

 
 
南京大学揭秘古生代海洋生物多样性演化  
 

古生代海洋生物多样性演变曲线

1月17日，《科学》在线颁发了南京大学地球科学与工程学院传授樊隽轩、中国科学院院士沈树忠等的论文《寒武纪至早三叠世高判别率海洋生物多样性演化》。该研究操作古生物大数据、超算和遗传算法等全新的要领和手段，基于化石记录重现了生命演化汗青，改变了当前对古生代海洋生物多样性演化的认知。

生命发源与演化是世界十大科学之谜，也是《科学》杂志列出的125个重大科学问题之一。相识地球上生命的演化过程，是人类相识自身由来以及将来演化的重要手段。地球上曾经糊口的生物中99%以上已灭尽，但只有很少一部门能生存为化石，如何通过不完整的化石记录，重建地球汗青生物多样性的变革纪律，是一个重大科学困难。

另外，在地球汗青中，曾经产生过重大的生态系统和情况的突变，导致了多次生物大灭尽事件。操作古生物数据库重建地质汗青全球生物多样性模式，展现地球生命的演化汗青，以及与情况变革之间的干系，可觉得相识当前的地球生物多样性危机提供重要启示。

为了成立古生代（约5.4亿年—2.4亿年，相当于寒武纪至三叠纪早期）海洋生物多样性曲线，樊隽轩等收集了大量的地层剖面和化石记录，从中遴选了3112个地层剖面、11268个海洋化石物种的26万化石数据。国际同类研究凡是基于编目式数据库的方法举办多样性统计阐明，判别率低，难以精确重现生命演化的风雅进程。为了办理这一问题，团队团结了模仿退火算法和遗传算法，自主开拓了基于并行计较的约束最优化要领—— CONOP.SAGA。操作“天河二号”超等计较机，颠末重复计较和验证，得到了全新的寒武纪—三叠纪海洋无脊椎动物的复合多样性曲线，其统计时间判别率约为2.6万年，较国际同类研究的精度提高了400倍阁下。

该项研究表白，前人利用的低判别率且不均一的时间标尺，会直接影响对古生物多样性的估算，导致无法精确评估生物多样性的变革速率和模式，并大概掩盖突发性的重大事件以及短时间的猛烈颠簸。新成立的多样性变革曲线，越发精确地重现了地质汗青中最大的三次生物灭尽事件和两次重大生物辐射事件的风雅进程。

个中，2.52亿年前产生了人类迄今为止识别出的最大局限的生物灭尽事件，导致约80%的海洋生物在数万年内迅速死亡，这一事件的产生，与其时全球气候的快速升温密切相关。两次重要的生物辐射事件，别离产生在4.9亿年—4.7亿年前和3.4亿年—3亿年前，并均与其时全球气候的逐渐变冷同步。领略这些重大生物事件的驱念头制，对付人们认识当今地球生物多样性，以及人类面对的第六次大灭尽及其与全球气候变革之间的干系，具有重要启示意义。

地质汗青中生物多样性的重大变革，凡是也陪伴着情况的猛烈颠簸。论文选取了六种与气候变革密切相关的情况指标，包罗碳、氧、锶同位素、沉积物质总量、大气二氧化碳含量等。固然这些情况指标还缺少高判别率的时间约束，但劈头的阐明表白，大气二氧化碳含量是一个表示出与生物多样性存在相似的、恒久模式的情况因素。将来科学研究需要成立高时间判别率的情况因素曲线，与生物多样性曲线举办越发精确、靠得住的比拟阐明，从而识别各类情况指标与多样性变革之间是否存在因果干系。

此项研究回收了全新的技妙手段，部门办理了深时（Deep-time，凡是指人类呈现之前的汗青）高判别率时间标尺成立的困难，从而可以在靠近现代长标准生态研究的程度上验证或评估生物或古生物学的假说。

该研究还是地球科学与数据科学相团结的一项打破。2019年由中国科学家倡议、13个国际组织与机构配合提倡的国际大科学打算—— “深时数字地球”（DDE），敦促地球科学在大数据时代的创新成长。在DDE打算的框架下，基于全球地质大数据与越发高效的超算要领，重建完整的生命演化汗青将得以实现。

论文链接：https://doi.org/10.1126/science.aax4953

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