利用化石大数据 地球早期生命演化奥秘被揭示

本报北京12月22日电生命起源及早期演化是生命科学领域的一大未解之谜。日前，南京大学地球科学与工程学院研究员唐卿和中国科学院院士沈树忠等中外多家科研单位的科学家，在《科学》杂志以长文形式发表了一项重要研究成果。该研究利用早期地球化石大数据，首次绘制了地球从20亿年前到5亿年前——间隔约15亿年的高精度生物多样性演化历程，勾画出复杂生命的起源、辐射、灭绝、再次辐射至现代生态系统形成的早期历史过程。

关于5.4亿年以来现代生态系统的生物多样性，目前已有大量研究成果。但受5亿年以前化石数量稀少、地层年龄界定模糊、缺少合适的统计方法等方面的限制，关于早期地球生命的高精度定量化研究一直是空白。唐卿介绍，研究团队耗时6年创建了迄今全球数据最全、信息量最大的早期地球古生物地层数据库，共收录13658条化石点数据，并创新性地结合超算和人工智能等大数据分析手段，运用高精度地质时间轴的概念和方法，建立起早期地球高精度生物多样性曲线。

研究发现，全球大冰期事件是地球早期生命演化的分水岭。在大约7.2亿年前的全球性大冰期事件之前，地球物种多样性一直保持较低但稳定增长的模式；但随着大冰期的结束，生物多样性开始迅速增加并且频繁发生波动。例如，大约6.35亿年到5.8亿年前发生的真核生物大辐射事件，以及紧随其后发生的生物演化史上第一次大灭绝事件，导致当时的优势类型——带刺的微体生物大量灭绝。此后，包括动物在内的复杂宏体生物快速增长，但在大约5.51亿年至5.39亿年前又遭遇两次明显的多样性下降，这代表了动物演化史上最早的两次大灭绝事件。

数据表明，“雪球地球”等极端气候事件的发生会严重阻碍地球早期生物圈的演化进程。随着大冰期事件的结束，地表温度回暖和大气氧含量升高促成新一轮复杂生物大辐射事件，这进一步证实了生命从简单到复杂的演化并非简单线性，而是呈现长期滞缓与相对快速辐射交替发展的模式。该研究还显示出地表温度与氧气含量等环境因素的骤变对早期地球复杂生命系统演化有巨大影响。

“该研究不仅填补了关于早期地球生物多样性演化的空白，还为阐明早期地球复杂生命起源和演化规律、探索地外生命是否存在，以及为宜居地球的可持续发展提供科学参考。”沈树忠表示。