5億年前的地球生物多樣性是怎麼變化的？科學家用化石大數據揭秘

5億年以前的早期地球全球生物多樣性是怎麼變化的？12月20日，南京大學地球科學與工程學院研究員唐卿和沈樹忠院士等聯合中外多家科研單位在頂級學術期刊《Science》上發表重要研究成果。

該研究通過建立早期地球化石大數據，利用超算和人工智能等分析方法首次繪製了地球從20億年到5億年前，約15億年的高精度生物多樣性演化歷史，揭示了地球上的早期生命是通過漫長的演化歷程，經歷多次大輻射和大滅絕事件後，最終演化出約5億年前的複雜生態系統。

創建全球數據最全的早期地球古生物地層數據庫

化石是記錄生命演化的最直接證據。但在5億年以前漫長的早期地球階段，生命，尤其是發育有細胞核的真核生物是什麼時候開始出現並留下它的第一個化石記錄的？作為所有現代高等生物的祖先，早期生命是如何逢凶化吉進化出我們現在看到的五彩繽紛的生物世界？由於化石稀少、物種鑒定困難、缺乏精確的年齡約束、缺少合適的計算方法等，這些重大科學問題長期得不到準確解答。

針對以上難解之謎，研究團隊耗時六年時間創建了目前全球數據最全、信息量最大的早期地球古生物地層數據庫。團隊創新性地結合了超算和人工智能等大數據分析手段，建立起迄今第一條早期地球高精度生物多樣性曲線。

據唐卿介紹，目前數據庫數據包含13658個化石事件、263個剖面、2731個化石屬種，185個同位素絕對年齡，未來還會不斷將新的全球發表的相關數據納入其中。這條多樣性曲線顯示，從距今20億年前到寒武紀生命大爆發，在長達約15億年的地質歷史時期中，生命演化過程並非人們過去所認為的「平緩爬坡」，而是在環境突破中曲折前行。

地表環境因素驟變對早期地球複雜生命系統演化影響巨大

研究結果表明，隨著第一個可信的真核生物化石在約17億年前出現後，地球多樣性一直保持較低但穩定增長的模式。直到約7.2億年前全球性大冰期的出現打斷了生命演化的原有進程。

隨著大冰期事件的結束，地球物種多樣性開始迅速增加並且頻繁發生波動，造成多次生物大輻射和大滅絕事件。其中包括約6.35億年到5.8億年前的生物大輻射事件，以及緊隨其後發生的生物演化史上第一次大滅絕事件，導致當時的優勢類型—帶刺的微體生物大量滅絕。

在此之後，形態更為複雜的宏體生物（包括動物）迎來了快速輻射。但這些複雜宏體生物在艾迪卡拿紀末（約5.51億年至5.39億年前）又遭遇了兩次明顯的多樣性下降，代表了動物演化史上最早的兩次大滅絕事件。

研究首次用大數據方法定量化地揭示了早期地球15億年的生命演化歷程，定量勾畫了複雜生命的起源、輻射、滅絕、再次輻射至現代生態系統形成的早期歷史過程。

這些數據表明，「雪球地球」等極端氣候事件的發生會嚴重阻止地球早期生物圈的演化進程，導致生物大滅絕事件出現。而隨著大冰期事件的結束，地表溫度回暖以及大氣氧含量升高，促成了新一輪複雜生物大輻射事件，進一步證實了生命從簡單到複雜的演化並不是簡單線性的，而是呈長期滯緩與相對快速輻射交替發展的模式。

沈樹忠院士認為，地表環境因素的驟變對早期地球複雜生命系統演化影響巨大，這對科學家探索極端環境下的地外生命和評估未來地球的宜居性提供了重要參考。

該研究填補了關於早期地球生物多樣性宏演化的空白，為闡明早期地球生命起源和演化規律、探索地外生命是否存在以及宜居地球的可持續發展提供重要的理論基礎和借鑒。

新京報記者 張璐

編輯 張牽 校對 張彥君