日前，南京大學教授樊雋軒，中國科學院院士、南京大學教授沈樹忠等在《科學》雜志發(fā)表了題為《寒武紀至早三疊世高分辨率海洋生物多樣性演化》的論文。該研究利用古生物大數(shù)據(jù)、超算和遺傳算法等全新的方法和手段，基于化石記錄重現(xiàn)了生命演化歷史，改變了當前對古生代海洋生物多樣性演化的認知。

生命起源與演化是世界十大科學之謎，也是《科學》雜志列出的125個重大科學問題之一。了解地球上生命的演化歷程，是人類了解自身由來，以及未來演化的重要手段。地球上曾經(jīng)生活過的生物中99%以上已經(jīng)滅絕，但只有很少一部分能保存為化石，如何通過不完整的化石記錄重建地球歷史生物多樣性的變化規(guī)律是一個重大科學難題。此外，在地球歷史中，曾經(jīng)發(fā)生過重大的生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的突變，導致了多次生物大滅絕事件。利用古生物數(shù)據(jù)庫重建地質(zhì)歷史全球生物多樣性模式，揭示地球生命的演化歷史，以及與環(huán)境變化之間的關系，可以為了解當前的地球生物多樣性危機提供重要啟示。

為了建立古生代（約5.4億年—2.4億年，相當于寒武紀至三疊紀早期）海洋生物多樣性曲線，樊雋軒等人收集了大量的地層剖面和化石記錄，從中遴選了3112個地層剖面、11268個海洋化石物種的26萬條化石數(shù)據(jù)。國際同類研究通?；诰幠渴綌?shù)據(jù)庫的方式進行多樣性統(tǒng)計分析，分辨率低，難以準確重現(xiàn)生命演化的精細過程。為了根本地解決這一問題，團隊結(jié)合了模擬退火算法和遺傳算法，自主開發(fā)了基于并行計算的約束最優(yōu)化方法，利用“天河二號”超級計算機，經(jīng)過反復計算和驗證，獲得了全新的寒武紀—三疊紀海洋無脊椎動物的復合多樣性曲線，其統(tǒng)計時間分辨率約為2.6萬年，較國際同類研究的精度提高了400倍左右。

該項研究表明，前人使用的低分辨率且不均一的時間標尺，會直接影響對古生物多樣性的估算，導致無法準確評估生物多樣性的變化速率和模式，并可能掩蓋突發(fā)性的重大事件以及短時間的劇烈波動。新建立的多樣性變化曲線更加準確地重現(xiàn)了地質(zhì)歷史中最大的三次生物滅絕事件和兩次重大生物輻射事件的精細過程。

研究采用了全新的技術(shù)手段，部分解決了深時（Deep-time，通常指人類出現(xiàn)之前的歷史）高分辨率時間標尺建立的難題，從而可以在接近現(xiàn)代長尺度生態(tài)研究的水平上驗證或評估生物或古生物學的假說。

此項研究是地球科學與數(shù)據(jù)科學相結(jié)合的一項突破。2019年由中國科學家倡議、13個國際組織與機構(gòu)共同發(fā)起的國際大科學計劃——“深時數(shù)字地球”（DDE），致力于搭建全球地球科學家與數(shù)據(jù)科學家合作交流的國際平臺，推動地球科學在大數(shù)據(jù)時代的創(chuàng)新發(fā)展。在DDE計劃的框架下，基于全球地質(zhì)大數(shù)據(jù)與更加高效的超算方法，重建完整的生命演化歷史將得以實現(xiàn)。（記者 蘇雁 通訊員 高雅）