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生命起源及早期演化是生命科學(xué)領(lǐng)域的一大未解之謎。日前，南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院研究員唐卿和中國科學(xué)院院士沈樹忠等中外多家科研單位的科學(xué)家，在《科學(xué)》雜志以長文形式發(fā)表了一項重要研究成果。該研究利用早期地球化石大數(shù)據(jù)，首次繪制了地球從20億年前到5億年前——間隔約15億年的高精度生物多樣性演化歷程，勾畫出復(fù)雜生命的起源、輻射、滅絕、再次輻射至現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)形成的早期歷史過程。
關(guān)于5.4億年以來現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，目前已有大量研究成果。但受5億年以前化石數(shù)量稀少、地層年齡界定模糊、缺少合適的統(tǒng)計方法等方面的限制，關(guān)于早期地球生命的高精度定量化研究一直是空白。唐卿介紹，研究團(tuán)隊耗時6年創(chuàng)建了迄今全球數(shù)據(jù)最全、信息量最大的早期地球古生物地層數(shù)據(jù)庫，共收錄13658條化石點(diǎn)數(shù)據(jù)，并創(chuàng)新性地結(jié)合超算和人工智能等大數(shù)據(jù)分析手段，運(yùn)用高精度地質(zhì)時間軸的概念和方法，建立起早期地球高精度生物多樣性曲線。
研究發(fā)現(xiàn)，全球大冰期事件是地球早期生命演化的分水嶺。在大約7.2億年前的全球性大冰期事件之前，地球物種多樣性一直保持較低但穩(wěn)定增長的模式；但隨著大冰期的結(jié)束，生物多樣性開始迅速增加并且頻繁發(fā)生波動。例如，大約6.35億年到5.8億年前發(fā)生的真核生物大輻射事件，以及緊隨其后發(fā)生的生物演化史上第一次大滅絕事件，導(dǎo)致當(dāng)時的優(yōu)勢類型——帶刺的微體生物大量滅絕。此后，包括動物在內(nèi)的復(fù)雜宏體生物快速增長，但在大約5.51億年至5.39億年前又遭遇兩次明顯的多樣性下降，這代表了動物演化史上最早的兩次大滅絕事件。
數(shù)據(jù)表明，“雪球地球”等極端氣候事件的發(fā)生會嚴(yán)重阻礙地球早期生物圈的演化進(jìn)程。隨著大冰期事件的結(jié)束，地表溫度回暖和大氣氧含量升高促成新一輪復(fù)雜生物大輻射事件，這進(jìn)一步證實了生命從簡單到復(fù)雜的演化并非簡單線性，而是呈現(xiàn)長期滯緩與相對快速輻射交替發(fā)展的模式。該研究還顯示出地表溫度與氧氣含量等環(huán)境因素的驟變對早期地球復(fù)雜生命系統(tǒng)演化有巨大影響。
“該研究不僅填補(bǔ)了關(guān)于早期地球生物多樣性演化的空白，還為闡明早期地球復(fù)雜生命起源和演化規(guī)律、探索地外生命是否存在，以及為宜居地球的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。”沈樹忠表示。
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關(guān)于5.4億年以來現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，目前已有大量研究成果。但受5億年以前化石數(shù)量稀少、地層年齡界定模糊、缺少合適的統(tǒng)計方法等方面的限制，關(guān)于早期地球生命的高精度定量化研究一直是空白。唐卿介紹，研究團(tuán)隊耗時6年創(chuàng)建了迄今全球數(shù)據(jù)最全、信息量最大的早期地球古生物地層數(shù)據(jù)庫，共收錄13658條化石點(diǎn)數(shù)據(jù)，并創(chuàng)新性地結(jié)合超算和人工智能等大數(shù)據(jù)分析手段，運(yùn)用高精度地質(zhì)時間軸的概念和方法，建立起早期地球高精度生物多樣性曲線。
研究發(fā)現(xiàn)，全球大冰期事件是地球早期生命演化的分水嶺。在大約7.2億年前的全球性大冰期事件之前，地球物種多樣性一直保持較低但穩(wěn)定增長的模式；但隨著大冰期的結(jié)束，生物多樣性開始迅速增加并且頻繁發(fā)生波動。例如，大約6.35億年到5.8億年前發(fā)生的真核生物大輻射事件，以及緊隨其后發(fā)生的生物演化史上第一次大滅絕事件，導(dǎo)致當(dāng)時的優(yōu)勢類型——帶刺的微體生物大量滅絕。此后，包括動物在內(nèi)的復(fù)雜宏體生物快速增長，但在大約5.51億年至5.39億年前又遭遇兩次明顯的多樣性下降，這代表了動物演化史上最早的兩次大滅絕事件。
數(shù)據(jù)表明，“雪球地球”等極端氣候事件的發(fā)生會嚴(yán)重阻礙地球早期生物圈的演化進(jìn)程。隨著大冰期事件的結(jié)束，地表溫度回暖和大氣氧含量升高促成新一輪復(fù)雜生物大輻射事件，這進(jìn)一步證實了生命從簡單到復(fù)雜的演化并非簡單線性，而是呈現(xiàn)長期滯緩與相對快速輻射交替發(fā)展的模式。該研究還顯示出地表溫度與氧氣含量等環(huán)境因素的驟變對早期地球復(fù)雜生命系統(tǒng)演化有巨大影響。
“該研究不僅填補(bǔ)了關(guān)于早期地球生物多樣性演化的空白，還為闡明早期地球復(fù)雜生命起源和演化規(guī)律、探索地外生命是否存在，以及為宜居地球的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。”沈樹忠表示。
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