南大科学家勾勒“超级曲线”，首次高精度还原地球早期生命演化史

寒武纪生命大爆发，这个词对古生物爱好者来说并不陌生。5.4亿年前的寒武纪，突然出现门类众多的无脊椎动物，堪称生命演化史的奇迹。然而，在这之前，地球生命经历了怎样的演化过程？

最近，南京大学地球科学与工程学院唐卿研究员和沈树忠院士等联合中外多家科研单位，高精度还原了地球从20亿-5亿年前（约15亿年），生物多样性的演化历史。2024年12月20日，该研究成果以长文形式发表在顶级学术期刊《Science》上。

一条高精度曲线，还原15亿年生命演化史

化石是记录生命演化的最直接证据。但在5亿年前的早期地球阶段，科学家却必须面对化石稀少、物种鉴定困难的现实。论文通讯作者之一、中国科学院院士沈树忠说，对于早期地球而言，生命演化速率是一个非常重要而有趣，却又难以解答的科学问题。“生命的演化，究竟是一步步前进，展现出一条较为平滑的发展曲线，还是在环境突变中曲折跳跃前行？”

研究团队耗时六年时间创建了目前全球数据最全、信息量最大的早期地球古生物地层数据库。团队创新性地结合了超算和人工智能等大数据分析手段，建立起迄今第一条早期地球高精度生物多样性曲线，这条曲线反映出15亿年间地球早期生命曲折的演化史。

得到这样一条“超级曲线”并非易事，研究团队的数据库中，录入了13658个事件、263个地质剖面、2731个化石种……每条数据都要进行甄别，还要把同时代的跨学科数据也加入，进行数据对比。唐卿介绍，“我们的研究用的是‘约束最优化法’。这种方法的好处是，它可以允许我们加入各种不同学科的数据加入进来，然后进行统一计算。但缺点就是，计算量会特别大，达到天文数字的级别。”

地球早期生命经历多次大灭绝

研究结果表明，随着第一个可信的真核生物化石在约17亿年前出现，地球生物多样性一直保持较低但稳定增长的模式。

直到约7.2亿年前，出现全球性大冰期，打断了生命演化的原有进程。随着大冰期事件的结束，地球物种多样性开始迅速增加并且频繁发生波动，造成多次生物大辐射和大灭绝事件。其中就包括约6.35-5.8亿年前的生物大辐射事件，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。

在此之后，形态更为复杂的宏体生物（包括动物）迎来了快速辐射。高精度曲线反映出，这些复杂宏体生物在埃迪卡拉纪末（约5.51至5.39亿年前），又遭遇了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。

极端气候事件对生命演化具有巨大影响

本研究首次用大数据方法定量化地揭示了早期地球15亿年的生命演化历程。数据表明，雪球地球等极端气候事件的发生，会严重阻止地球早期生物圈的演化进程，导致生物大灭绝事件出现。

随着大冰期事件的结束，地表温度回暖以及大气氧含量升高，促成了新一轮复杂生物大辐射事件，进一步证实了生命从简单到复杂的演化并不是简单线性的，而是呈长期滞缓与相对快速辐射交替发展的模式。

沈树忠表示，如果能完整勾勒出地球生命演化史，将对人类认识当今地球面临的现状，应对诸如全球变暖、生物多样性降低等问题都有帮助。“甚至，这对于我们认识地外生命也有启发。如果存在地外生命，它们是怎么样的发展，它的生存条件是不是跟地球的环境一样？这些都是具有重要的科学意义。”（受访对象供图）

现代快报/现代+记者 是钟寅 于露