【中国科学报】新研究揭示古生代海洋生物多样性演化

  记者从南京大学获悉,该校与中国科学院联合团队在“天河二号”超级计算机支持下,以化石记录重现生物演化历史,改变了当前对古生代(约5.4亿年—2.4亿年,相当于寒武纪至三叠纪早期)海洋生物多样性演化的认知。相关成果1月17日在线发表于《科学》。

  生命起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。地球上曾经生活的生物中99%以上已灭绝,但只有很少一部分能保存为化石。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。

  为建立古生代海洋生物多样性曲线,南京大学地球科学与工程学院教授樊隽轩与中国科学院院士沈树忠领导的团队收集并遴选出3112个地层剖面,以及11268个海洋化石物种的26万条化石数据。在“天河二号”超级计算机支持下,团队自主开发了新算法,重建古生代海洋生物多样性曲线,其时间分辨率约为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4.9亿年—4.7亿年前和3.4亿年—3亿年前,并均与当时全球气候的逐渐变冷同步。“理解这些重大生物事件的驱动机制,对于人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。”沈树忠说。

  研究选取了六种与气候变化密切相关的环境指标,包括碳、氧、锶同位素、沉积物质总量、大气二氧化碳含量等。虽然这些环境指标还缺少高分辨率的时间约束,但“初步的分析表明,大气二氧化碳含量是一个与生物多样性存在相似的、长期模式的环境因素。”樊隽轩表示,未来科学研究需要建立高时间分辨率的环境因素曲线,与生物多样性曲线进行更加准确、可靠的对比分析,从而识别各种环境指标与多样性变化之间是否存在因果关系。

  (原载于《中国科学报》 2020-01-22 第1版 要闻)

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