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2024年12月20日，南京大(da)學(xue)(xue)地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)科學(xue)(xue)與(yu)工程(cheng)學(xue)(xue)院唐卿研(yan)究(jiu)員和沈樹忠院士等聯(lian)合(he)中(zhong)外多(duo)家科研(yan)單位(wei)在(zai)頂級(ji)學(xue)(xue)術期刊Science上(shang)(shang)以長文形式發表重要研(yan)究(jiu)成果。該(gai)研(yan)究(jiu)通過(guo)建立早(zao)(zao)期地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)化(hua)石大(da)數(shu)據，利用超算和人工智能等分析方(fang)法首次(ci)繪(hui)制了(le)地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)從20到5億(yi)年前(qian)，約(yue)15億(yi)年的(de)(de)高精度(du)生(sheng)物(wu)多(duo)樣(yang)性(xing)演(yan)化(hua)歷(li)史，揭(jie)示了(le)地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)上(shang)(shang)的(de)(de)早(zao)(zao)期生(sheng)命是通過(guo)漫長的(de)(de)演(yan)化(hua)歷(li)程(cheng)，經歷(li)多(duo)次(ci)大(da)輻射和大(da)滅絕事(shi)件后，最(zui)終演(yan)化(hua)出約(yue)5億(yi)年前(qian)的(de)(de)復(fu)雜(za)生(sheng)態系統(tong)。該(gai)研(yan)究(jiu)填補(bu)了(le)關于早(zao)(zao)期地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)生(sheng)物(wu)多(duo)樣(yang)性(xing)宏演(yan)化(hua)的(de)(de)空白，為闡明(ming)早(zao)(zao)期地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)生(sheng)命起源(yuan)和演(yan)化(hua)規律、探索地(di)(di)外生(sheng)命是否(fou)存(cun)在(zai)以及(ji)宜居地(di)(di)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)可(ke)持續發展(zhan)提供重要的(de)(de)理論基礎(chu)和借鑒。
化(hua)石(shi)是(shi)(shi)記錄(lu)生(sheng)命(ming)演化(hua)的(de)(de)(de)最直接證(zheng)據。但在5億年以前漫(man)長(chang)的(de)(de)(de)早期(qi)地(di)球階段，生(sheng)命(ming)，尤其是(shi)(shi)發育有細胞(bao)核的(de)(de)(de)真核生(sheng)物是(shi)(shi)什么時候(hou)開始(shi)出(chu)現(xian)并(bing)留下(xia)它(ta)的(de)(de)(de)第一(yi)個化(hua)石(shi)記錄(lu)的(de)(de)(de)?作(zuo)為所有現(xian)代高等生(sheng)物的(de)(de)(de)祖先，早期(qi)生(sheng)命(ming)是(shi)(shi)如何逢兇化(hua)吉進化(hua)出(chu)我(wo)們(men)現(xian)在看到(dao)的(de)(de)(de)五彩繽紛的(de)(de)(de)生(sheng)物世界(jie)?這些事(shi)關我(wo)們(men)從哪(na)(na)里來，要到(dao)哪(na)(na)里去的(de)(de)(de)重大科(ke)學問題由于研究(jiu)方法的(de)(de)(de)限制長(chang)期(qi)得不到(dao)準確地(di)解答。
針對以上(shang)難(nan)解之謎，研(yan)究(jiu)團(tuan)隊耗時(shi)六(liu)年(nian)時(shi)間創(chuang)建了目前全(quan)球(qiu)數據(ju)最全(quan)、信息量最大的早期(qi)地(di)球(qiu)古生(sheng)物地(di)層數據(ju)庫。團(tuan)隊創(chuang)新性(xing)地(di)結合(he)了超算和人工智能等大數據(ju)分析手段(duan)，建立起迄(qi)今第一條(tiao)早期(qi)地(di)球(qiu)高精度生(sheng)物多樣性(xing)曲線(xian)。
研(yan)究結果表明(ming)，隨(sui)著(zhu)第一(yi)個可信的(de)(de)真核生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)化(hua)石在(zai)約(yue)17億年(nian)前出(chu)現后，其(qi)多樣(yang)性(xing)一(yi)直保持較低但穩定(ding)增長的(de)(de)模式(shi)。直到約(yue)7.2億年(nian)前全(quan)球(qiu)性(xing)大(da)冰(bing)期的(de)(de)出(chu)現打斷了(le)生(sheng)(sheng)命演(yan)化(hua)的(de)(de)原有進程(cheng)。隨(sui)著(zhu)大(da)冰(bing)期事(shi)(shi)件的(de)(de)結束，地球(qiu)物(wu)(wu)種多樣(yang)性(xing)開始迅速(su)增加并且頻繁發生(sheng)(sheng)波動(dong)(dong)，造成多次(ci)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)大(da)輻(fu)射(she)和大(da)滅(mie)絕(jue)(jue)事(shi)(shi)件。其(qi)中包括(kuo)約(yue)6.35到5.8億年(nian)前的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)大(da)輻(fu)射(she)事(shi)(shi)件，以及(ji)緊隨(sui)其(qi)后發生(sheng)(sheng)的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)演(yan)化(hua)史(shi)上(shang)第一(yi)次(ci)大(da)滅(mie)絕(jue)(jue)事(shi)(shi)件，導致當時的(de)(de)優勢類型——帶刺的(de)(de)微(wei)體生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)大(da)量(liang)滅(mie)絕(jue)(jue)。在(zai)此之(zhi)后，形態更為復(fu)(fu)雜的(de)(de)宏(hong)體生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(包括(kuo)動(dong)(dong)物(wu)(wu))迎來了(le)快速(su)輻(fu)射(she)。但這些(xie)復(fu)(fu)雜宏(hong)體生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)在(zai)埃迪卡(ka)拉紀(ji)末(mo)(約(yue)5.51至5.39億年(nian)前)又遭遇(yu)了(le)兩次(ci)明(ming)顯的(de)(de)多樣(yang)性(xing)下降，代表了(le)動(dong)(dong)物(wu)(wu)演(yan)化(hua)史(shi)上(shang)最早的(de)(de)兩次(ci)大(da)滅(mie)絕(jue)(jue)事(shi)(shi)件。
本(ben)研究首次用(yong)大數據(ju)方法定(ding)量(liang)化地(di)(di)揭示了早期(qi)地(di)(di)球(qiu)15億年(nian)的(de)(de)生(sheng)命演(yan)化歷程，定(ding)量(liang)勾畫了復(fu)雜(za)生(sheng)命的(de)(de)起源、輻(fu)射、滅絕、再次輻(fu)射至現代(dai)生(sheng)態系(xi)統(tong)形成的(de)(de)早期(qi)歷史過程。以上(shang)數據(ju)表(biao)(biao)明雪球(qiu)地(di)(di)球(qiu)等極(ji)端氣(qi)候事(shi)件(jian)的(de)(de)發(fa)生(sheng)會嚴重阻止地(di)(di)球(qiu)早期(qi)生(sheng)物(wu)圈的(de)(de)演(yan)化進程，導致生(sheng)物(wu)大滅絕事(shi)件(jian)出現。而(er)隨(sui)著大冰期(qi)事(shi)件(jian)的(de)(de)結(jie)束，地(di)(di)表(biao)(biao)溫度回暖以及大氣(qi)氧含(han)量(liang)升高促(cu)成了新一輪(lun)復(fu)雜(za)生(sheng)物(wu)大輻(fu)射事(shi)件(jian)，進一步證實了生(sheng)命從(cong)簡單(dan)到復(fu)雜(za)的(de)(de)演(yan)化并不是簡單(dan)線性的(de)(de)，而(er)是呈長期(qi)滯(zhi)緩與相(xiang)對(dui)快速輻(fu)射交(jiao)替發(fa)展(zhan)的(de)(de)模(mo)式(shi)。該項研究也凸顯了地(di)(di)表(biao)(biao)溫度與氧氣(qi)含(han)量(liang)等環境(jing)因素的(de)(de)驟(zou)變對(dui)早期(qi)地(di)(di)球(qiu)復(fu)雜(za)生(sheng)命系(xi)統(tong)演(yan)化的(de)(de)巨大影(ying)響，這為科學家探(tan)索極(ji)端環境(jing)下的(de)(de)地(di)(di)外生(sheng)命和評估(gu)未來地(di)(di)球(qiu)的(de)(de)宜居性提供了重要(yao)參考。
多(duo)位Science審稿(gao)人(ren)評價：該(gai)研究(jiu)終于帶來了(le)長(chang)期缺失(shi)的(de)(de)早期地球高精度生(sheng)物(wu)(wu)多(duo)樣性演化(hua)曲線;該(gai)曲線揭示(shi)的(de)(de)真(zhen)核生(sheng)物(wu)(wu)大(da)輻(fu)射(she)和(he)大(da)滅絕事(shi)件將激發一大(da)波探索早期地球生(sheng)命與(yu)環境協同(tong)演化(hua)的(de)(de)熱潮。
此項(xiang)研究得到國(guo)家重(zhong)點研發計(ji)劃、國(guo)家自(zi)然科(ke)學基金委以及國(guo)際大科(ke)學計(ji)劃——“深(shen)時(shi)數字(zi)地球”(DDE)等項(xiang)目的支持。
早(zao)期地(di)球高精度生物多樣性(xing)曲線
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//doi.org/10.1126/science.adm9137
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