我(wo)科學家(jia)揭秘古(gu)生(sheng)代海洋生(sheng)物(wu)多樣(yang)性演(yan)化
2020-06-06 00:09:13 星(xing)期一(yi)來(lai)源(yuan)︰ 光明日(ri)報
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  日(ri)前,南(nan)京(jing)大學教授樊雋軒,中國科學院(yuan)院(yuan)士(shi)、南(nan)京(jing)大學教授沈樹忠等(deng)在《科學》雜志發(fa)表了題為(wei)《寒武(wu)紀至早(zao)三疊(die)世高分zhi)媛屎Q笊sheng)物(wu)多樣(yang)性演(yan)化》的論文。該研究(jiu)利(li)用古(gu)生(sheng)物(wu)大數(shu)據、超算(suan)和(he)遺傳算(suan)法(fa)等(deng)全新的方(fang)法(fa)和(he)手段,基于化石(shi)記錄重現了生(sheng)命演(yan)化歷史,改變了shuo)鼻岸怨gu)生(sheng)代海洋生(sheng)物(wu)多樣(yang)性演(yan)化的認知。

  生(sheng)命起(qi)源(yuan)與演(yan)化是世界十大科學之(zhi)謎,也是《科學》雜志列出的125個重大科學問題之(zhi)一(yi)。了解地球上(shang)生(sheng)命的演(yan)化歷程,是人類了解自(zi)身由來(lai),以及未(wei)來(lai)演(yan)化的重要(yao)手段。地球上(shang)曾(zeng)經(jing)生(sheng)活過的生(sheng)物(wu)中99%以上(shang)已經(jing)滅絕,但只有很少(shao)一(yi)部分能(neng)保(bao)存為(wei)化石(shi),如(ru)何通過不完整(zheng)的化石(shi)記錄重建地球歷史生(sheng)物(wu)多樣(yang)性的變化規(gui)律是qie)yi)個重大科學難題。此外,在地球歷史中,曾(zeng)經(jing)發(fa)生(sheng)過重大的生(sheng)態系di)澈he)環(huan)境的突變,導(dao)致了多次生(sheng)物(wu)大滅絕事件。利(li)用古(gu)生(sheng)物(wu)數(shu)據庫(ku)重建地質歷史全球生(sheng)物(wu)多樣(yang)性模式,揭示地球生(sheng)命的演(yan)化歷史,以及與環(huan)境變化之(zhi)間(jian)的關系,可(ke)以為(wei)了解當前的地球生(sheng)物(wu)多樣(yang)性危機提供重要(yao)啟(qi)示。

  為(wei)了建立古(gu)生(sheng)代(約5.4億年(nian)—2.4億年(nian),相當于寒武(wu)紀至三疊(die)紀早(zao)期)海洋生(sheng)物(wu)多樣(yang)性曲線,樊雋軒等(deng)人收集(ji)了大量kang)牡夭閆pou)面和(he)化石(shi)記錄,從中遴選了3112個地層剖(pou)面、11268個海洋化石(shi)物(wu)種的26萬條化石(shi)數(shu)據。國際(ji)同類研究(jiu)通常基于編目式數(shu)據庫(ku)的方(fang)式進行多樣(yang)性統計分析,分zhi)媛實di),難以準確重現生(sheng)命演(yan)化的精細過程。為(wei)了根本地解決這一(yi)問題,團隊結合(he)了模擬(ni)退火算(suan)法(fa)和(he)遺傳算(suan)法(fa),自(zi)主開發(fa)了基于並行計算(suan)的約ji)鈑嘔 fang)法(fa),利(li)用“天河二號”超級計算(suan)機,經(jing)過反(fan)復計算(suan)和(he)驗證,獲得了全新的寒武(wu)紀—三疊(die)紀海洋無脊椎動物(wu)的復合(he)多樣(yang)性曲線,其統計pou)奔jian)分zhi)媛試嘉wei)2.6萬年(nian),較國際(ji)同類研究(jiu)的精度(du)提高了400倍(bei)左右。

  該項研究(jiu)表明,前人使用的低(di)分zhi)媛是qie)不均一(yi)的時間(jian)標尺,會直(zhi)接影響(xiang)對古(gu)生(sheng)物(wu)多樣(yang)性的估算(suan),導(dao)致無法(fa)準確評估生(sheng)物(wu)多樣(yang)性的變化速率和(he)模式,並可(ke)能(neng)掩蓋突huan) 緣鬧卮笫錄約岸淌奔jian)的劇烈波動。新lu)  畝嘌yang)性變化曲線更加準確地重現了shuo)?世分凶畬蟺娜紊sheng)物(wu)滅絕事件和(he)兩次重大生(sheng)物(wu)輻射事件的精細過程。

  研究(jiu)采(cai)用了全新的技ji)跏佷危 糠紙餼雋松釷保(bao)eep-time,通常指人類出現之(zhi)前的歷史)高分zhi)媛適奔jian)標尺建立的難題,從而可(ke)以在接近現代長尺度(du)生(sheng)態研究(jiu)的水平上(shang)驗證或評估生(sheng)物(wu)或古(gu)生(sheng)物(wu)學的假說(shuo)。

  此項研究(jiu)是地球科學與數(shu)據科學相結合(he)的一(yi)項突破。2019年(nian)由中國科學家(jia)倡議(yi)、13個國際(ji)組織(zhi)與機構(gou)共同發(fa)起(qi)的國際(ji)大科學計劃——“深時數(shu)字地球”bao)DE),致力于搭(da)建全球地球科學家(jia)與數(shu)據科學家(jia)合(he)作交流的國際(ji)平台,推(tui)動地球科學在大數(shu)據時代的創新發(fa)展。在DDE計劃的框架下,基于全球地質大數(shu)據與更加高效的超算(suan)方(fang)法(fa),重建完整(zheng)的生(sheng)命演(yan)化歷史fang) 靡允迪幀# 欽甦雁 通訊員 高雅)

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