中国科学家牵头揭秘古生代海洋生物多样性演化

本次研究得到的古生物代海洋生物多样性曲线。南古所 供图

中新网南京1月20日电 (杨颜慈)据中国科学院南京地质古生物研究所20日消息，在该所与南京大学等共同完成的一项研究中，通过利用古生物大数据、超级计算、模拟退火算法和遗传算法等全新的方法和手段，基于化石记录重现了生命演化历史，改变了当前对古生代海洋生物多样性演化的认知。

本项研究成果于近日在美国《科学》(Science)杂志在线刊发。

不同时间分辨率下的生物多样性变化曲线。南古所 供图

了解地球上生命的演化历程，是人类了解自身由来、以及未来演化的重要手段。如何通过不完整的化石记录重建地球历史生物多样性的变化规律是一个重大科学难题。

研究团队认为，在地球历史中，曾经发生过重大的生态系统和环境的突变，导致了多次生物大灭绝事件。利用古生物数据库重建地质历史全球生物多样性模式，揭示地球生命的演化历史，以及与环境变化之间的关系，可以为了解当前的地球生物多样性危机提供重要启示。

生物多样性与二氧化碳含量变化。南古所 供图

为了建立古生代(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，项目团队自2000年开始收集了大量已发表的地层剖面和化石记录，并于2006年统一纳入由南京古生物所自主建设的古生物学和地层学数据库。

本次研究从中遴选了3112个地层剖面、11268个海洋化石物种的26万化石数据作为研究的对象。

国际同类研究通常基于编目式数据库的方式进行多样性统计分析，分辨率低，难以准确重现生命演化的精细过程。为了根本地解决这一问题，团队结合了模拟退火算法和遗传算法，自主开发了基于并行计算的约束最优化方法-CONOP.SAGA。

利用“天河二号”超级计算机，经过反复计算和验证，研究团队获得了全新的寒武纪-三叠纪海洋无脊椎动物的复合多样性曲线，其统计时间分辨率约为2.6万年，较国际同类研究的精度提高了400倍左右。

该项研究表明，前人使用的低分辨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，导致无法准确评估生物多样性的变化速率和模式，并可能掩盖突发性的重大事件以及短时间的剧烈波动。

新建立的多样性变化曲线更加准确地重现了地质历史中最大的三次生物灭绝事件和两次重大生物辐射事件的精细过程。其中，2.52亿年前发生了人类迄今为止识别出的最大规模的生物灭绝事件，导致约80%的海洋生物在数万年内迅速灭亡，这一事件的发生，与当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，分别发生在4.9-4.7亿年前和3.4-3亿年前，并均与当时全球气候的逐渐变冷同步。

科研团队认为，深刻理解这些重大生物事件的驱动机制，对于我们认识当今地球生物多样性以及人类面临的第六次大灭绝及其与全球气候变化之间的关系具有重要启示意义。

此项研究采用了全新的技术手段，部分解决了深时高分辨率时间标尺建立的难题，从而可以在接近现代长尺度生态研究的水平上验证或评估生物或古生物学的假说。