本次研究得到的古生物代海洋生物多樣性曲線。南古所 供圖

據中國科學院南京地質古生物研究所1月20日訊息，在該所與南京大學等共同完成的一項研究中，通過利用古生物大資料、超級計算、模擬退火演算法和遺傳演算法等全新的方法和手段，基於化石記錄重現了生命演化歷史，改變了當前對古生代海洋生物多樣性演化的認知。

本項研究成果於近日在美國《科學》(Science)雜誌線上刊發。

不同時間解析度下的生物多樣性變化曲線。南古所 供圖

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。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律是一個重大科學難題。

研究團隊認為，在地球歷史中，曾經發生過重大的生態系統和環境的突變，導致了多次生物大滅絕事件。利用古生物資料庫重建地質歷史全球生物多樣性模式，揭示地球生命的演化歷史，以及與環境變化之間的關係，可以為了解當前的地球生物多樣性危機提供重要啟示。

生物多樣性與二氧化碳含量變化。南古所 供圖

為了建立古生代(約5.4億年-2.4億年，相當於寒武紀至三疊紀早期)海洋生物多樣性曲線，專案團隊自2000年開始收集了大量已發表的地層剖面和化石記錄，並於2006年統一納入由南京古生物所自主建設的古生物學和地層學資料庫。

本次研究從中遴選了3112個地層剖面、11268個海洋化石物種的26萬化石資料作為研究的物件。

國際同類研究通常基於編目式資料庫的方式進行多樣性統計分析，解析度低，難以準確重現生命演化的精細過程。為了根本地解決這一問題，團隊結合了模擬退火演算法和遺傳演算法，自主開發了基於平行計算的約束最優化方法-CONOP.SAGA。

利用“天河二號”超級計算機，經過反覆計算和驗證，研究團隊獲得了全新的寒武紀-三疊紀海洋無脊椎動物的複合多樣性曲線，其統計時間解析度約為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，前人使用的低解析度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，並可能掩蓋突發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了地質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。其中，2.52億年前發生了人類迄今為止識別出的最大規模的生物滅絕事件，導致約80%的海洋生物在數萬年內迅速滅亡，這一事件的發生，與當時全球氣候的快速升溫密切相關。兩次重要的生物輻射事件，分別發生在4.9-4.7億年前和3.4-3億年前，並均與當時全球氣候的逐漸變冷同步。

科研團隊認為，深刻理解這些重大生物事件的驅動機制，對於我們認識當今地球生物多樣性以及人類面臨的第六次大滅絕及其與全球氣候變化之間的關係具有重要啟示意義。

此項研究採用了全新的技術手段，部分解決了深時高解析度時間標尺建立的難題，從而可以在接近現代長尺度生態研究的水平上驗證或評估生物或古生物學的假說。

該研究得到中國科學院、國家自然科學基金委和國家重點研發計劃等專案的支援。