我(wo)科學家揭秘古生代海(hai)洋生物(wu)多樣性演(yan)化
2020-04-08 00:48:13 星期一來源(yuan)︰ 光明日報(bao)
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評(ping)論(lun)
圖集(ji)

  日前,南京大學教(jiao)授樊雋(juan)軒,中國科學院院士、南京大學教(jiao)授沈樹(shu)忠等在(zai)《科學》雜志發表(biao)了(liao)題為《寒武(wu)紀至早三疊世高分辨率海(hai)洋生物(wu)多樣性演(yan)化》的論(lun)文。該(gai)研究利用(yong)古生物(wu)大數據、超算和遺傳算法等全新的方法和手段,基(ji)于化石記錄重現(xian)了(liao)生命(ming)演(yan)化歷史,改變(bian)了(liao)shuo)鼻岸怨派hai)洋生物(wu)多樣性演(yan)化的認xian)zhi)。

  生命(ming)起源(yuan)與(yu)演(yan)化是世界(jie)十(shi)大科學之謎,也是《科學》雜志列出的125個重大科學問(wen)題之一。了(liao)解地(di)球上生命(ming)的演(yan)化歷程,是人類了(liao)解自身由來,以及未(wei)來演(yan)化的重要手段。地(di)球上曾(zeng)經生活過的生物(wu)中99%以上已經滅絕,但只(zhi)有很少一部分能(neng)保存為化石,如何通過不完整的化石記錄重建(jian)地(di)球歷史生物(wu)多樣性的變(bian)化規律是一個重大科學難題。此外(wai),在(zai)地(di)球歷史中xiao) zeng)經發生過重大的生態系統(tong)和環境(jing)的突變(bian),導致了(liao)多次生物(wu)大滅絕事件(jian)。利用(yong)古生物(wu)數據庫(ku)重建(jian)地(di)質(zhi)歷史全球生物(wu)多樣性模式,揭示地(di)球生命(ming)的演(yan)化歷史,以及與(yu)環境(jing)變(bian)化之間的關系,可(ke)以為了(liao)解當前的地(di)球生物(wu)多樣性危機提(ti)供重要啟示。

  為了(liao)建(jian)立古生代(約5.4億年—2.4億年,相當于寒武(wu)紀至三疊紀早期)海(hai)洋生物(wu)多樣性曲(qu)線,樊雋(juan)軒等人收集(ji)了(liao)大量kang)牡di)層剖面和化石記錄,從中遴(lin)選了(liao)3112個地(di)層剖面、11268個海(hai)洋化石物(wu)種的26萬條化石數據。國際同類研究通常基(ji)于編目式數據庫(ku)的方式進行多樣性統(tong)計分析,分辨率低,難以準確重現(xian)生命(ming)演(yan)化的精細過程。為了(liao)根本(ben)地(di)解決這(zhe)一問(wen)題,團隊結合了(liao)模擬退火算法和遺傳算法,自主(zhu)開(kai)發了(liao)基(ji)于並(bing)行計算的約束最優化方法,利用(yong)“天河二號”超級計算機,經過反復計算和驗(yan)證,獲得了(liao)全新的寒武(wu)紀—三疊紀海(hai)洋無脊椎動(dong)物(wu)的復合多樣性曲(qu)線,其統(tong)計時間分辨率約為2.6萬年,較國際同類研究kang)木 忍ti)高了(liao)400倍左右。

  該(gai)項研究表(biao)明,前人使用(yong)的低分辨率且不均(jun)一的時間標尺,會直接影響對古生物(wu)多樣性的估算,導致無法準確評(ping)估生物(wu)多樣性的變(bian)化速率和模式,並(bing)可(ke)能(neng)掩蓋(gai)突發性的重大事件(jian)以及短時間的劇烈波動(dong)。新建(jian)立的多樣性yuan)bian)化曲(qu)線更加(jia)準確地(di)重現(xian)了(liao)shuo)?zhi)歷史中最大的三次生物(wu)滅絕事件(jian)和兩次重大生物(wu)輻射事件(jian)的精細過程。

  研究采用(yong)了(liao)全新的技術手段,部分解決juan)松釷保eep-time,通常指人類出現(xian)之前的歷史)高分辨率時間標尺建(jian)立的難題,從而可(ke)以在(zai)接近(jin)現(xian)代長尺度生態研究kang)乃 繳涎yan)證或評(ping)估生物(wu)或古生物(wu)學的假說(shuo)。

  此項研究是地(di)球科學與(yu)數據科學相結合的一項突破(po)。2019年由中國科學家倡(chang)議、13個國際組織與(yu)機構共同發起的國際大科學計劃——“深時數字地(di)球”(DDE),致力于搭建(jian)全球地(di)球科學家與(yu)數據科學家合作交流的國際shi)教(jiao)  貧dong)地(di)球科學在(zai)大數據時代的創新發展(zhan)。在(zai)DDE計劃的框架下,基(ji)于全球地(di)質(zhi)大數據與(yu)更加(jia)高效的超算方法,重建(jian)完整的生命(ming)演(yan)化歷史將得以實現(xian)。(記者 甦(su)雁 通訊員(yuan) 高雅)

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【糾(jiu)錯(cuo)】責任(ren)編輯︰趙健彤
遼(liao)寧新聞
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