我(wo)科學家揭(jie)秘古生(sheng)代(dai)海洋生(sheng)物(wu)多樣性(xing)演化(hua)
2020-03-29 11:20:13 星期一來源(yuan)︰ 光明日報
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  日前(qian),南京大(da)學教(jiao)授樊(fan)雋軒,中國(guo)科學院院士、南京大(da)學教(jiao)授沈樹忠等在《科學》雜志發表了題(ti)為(wei)《寒武(wu)紀(ji)至早三疊世高分辨率海洋生(sheng)物(wu)多樣性(xing)演化(hua)》的論文。該(gai)研(yan)究利用古生(sheng)物(wu)大(da)數據(ju)、超算(suan)和(he)遺傳算(suan)法等全新(xin)的方法和(he)手段,基于化(hua)石記錄重現了生(sheng)命演化(hua)歷史(shi),改變了當前(qian)對(dui)古生(sheng)代(dai)海洋生(sheng)物(wu)多樣性(xing)演化(hua)的認(ren)知。

  生(sheng)命起源(yuan)與演化(hua)是世界十(shi)大(da)科學之謎,也(ye)是《科學》雜志列出的125個重大(da)科學問(wen)題(ti)之一。了解(jie)地球(qiu)上生(sheng)命的演化(hua)歷程,是人類了解(jie)自身由來,以yue)拔蠢囪蓴hua)的重要手段。地球(qiu)上曾(zeng)經生(sheng)活過的生(sheng)物(wu)中99%以上已經滅絕,但只有(you)很(hen)少一部(bu)分能保存為(wei)化(hua)石,如何通過不完整(zheng)的化(hua)石記錄重建地球(qiu)歷史(shi)生(sheng)物(wu)多樣性(xing)的變化(hua)規律是一個重大(da)科學難題(ti)。此(ci)外,在地球(qiu)歷史(shi)中,曾(zeng)經發生(sheng)過重大(da)的生(sheng)態系di)澈he)環境的突變,導致了多次生(sheng)物(wu)大(da)滅絕事件。利用古生(sheng)物(wu)數據(ju)庫重建地質歷史(shi)全球(qiu)生(sheng)物(wu)多樣性(xing)模式,揭(jie)示地球(qiu)生(sheng)命的演化(hua)歷史(shi),以yue)壩牖肪潮浠hua)之間的關(guan)系,可以為(wei)了解(jie)當前(qian)的地球(qiu)生(sheng)物(wu)多樣性(xing)危機提供重要啟示。

  為(wei)了建立古生(sheng)代(dai)(約(yue)5.4億年—2.4億年,相當于寒武(wu)紀(ji)至三疊紀(ji)早期)海洋生(sheng)物(wu)多樣性(xing)曲線(xian),樊(fan)雋軒等人收集了大(da)量的地層剖(pou)面和(he)化(hua)石記錄,從中遴選了3112個地層剖(pou)面、11268個海洋化(hua)石物(wu)種的26萬條化(hua)石數據(ju)。國(guo)際同類研(yan)究ke) ;詒嗄渴絞ju)庫的方式進行多樣性(xing)統計分析(xi),分辨率低(di),難以準(zhun)確重現生(sheng)命演化(hua)的精細過程。為(wei)了根(gen)本地解(jie)決這一問(wen)題(ti),團隊(dui)結合了模擬退(tui)火算(suan)法和(he)遺傳算(suan)法,自主開(kai)發了基于並行計算(suan)的約(yue)束最優化(hua)方法,利用“天(tian)河二號(hao)”超級計算(suan)機,經過反復(fu)計算(suan)和(he)驗證(zheng),獲得了全新(xin)的寒武(wu)紀(ji)—三疊紀(ji)海洋無脊椎動物(wu)的復(fu)合多樣性(xing)曲線(xian),其統計pou)shi)間分辨率約(yue)為(wei)2.6萬年,較國(guo)際同類研(yan)究的精度提高了400倍(bei)左右。

  該(gai)項研(yan)究表明,前(qian)人使用的低(di)分辨率且ye)瘓壞氖shi)間標(biao)尺,會直接影響對(dui)古生(sheng)物(wu)多樣性(xing)的估算(suan),導致無法準(zhun)確評估生(sheng)物(wu)多樣性(xing)的變化(hua)速(su)率和(he)模式,並可能掩蓋(gai)突發性(xing)的重大(da)事件以yue)岸淌shi)間的劇烈ye)  Pxin)建立的多樣性(xing)變化(hua)曲線(xian)更加準(zhun)確地重現了地質歷史(shi)中最大(da)的三次生(sheng)物(wu)滅絕事件和(he)兩(liang)次重大(da)生(sheng)物(wu)輻射(she)事件的精細過程。

  研(yan)究采(cai)用了全新(xin)的技術手段,部(bu)分解(jie)決了深(shen)時(shi)(Deep-time,通常指(zhi)人類出現之前(qian)的歷史(shi))高分辨率時(shi)間標(biao)尺建立的難題(ti),從而可以在接近現代(dai)長尺度生(sheng)態研(yan)究的水(shui)平上驗證(zheng)或(huo)評估生(sheng)物(wu)或(huo)古生(sheng)物(wu)學的假說。

  此(ci)項研(yan)究是地球(qiu)科學與數據(ju)科學相結合的一項突破(po)。2019年由中國(guo)科學家倡議(yi)、13個國(guo)際組織與機構共同發起的國(guo)際大(da)科學計劃——“深(shen)時(shi)數字地球(qiu)”(DDE),致力于搭建全球(qiu)地球(qiu)科學家與數據(ju)科學家合作(zuo)交流的國(guo)際平jiao)  貧 厙qiu)科學在大(da)數據(ju)時(shi)代(dai)的創新(xin)發展。在DDE計劃的框架下,基于全球(qiu)地質大(da)數據(ju)與更加高效的超算(suan)方法,重建完整(zheng)的生(sheng)命演化(hua)歷史(shi)將得以實現。(記者 甦雁 通訊dui)高雅)

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