生命起源及早期演化是生命科學領域的一大未解之謎。日前，南京大學地球科學與工程學院研究員唐卿和中國科學院院士沈樹忠等中外多家科研單位的科學家，在《科學》雜志以長文形式發(fā)表了一項重要研究成果。該研究利用早期地球化石大數(shù)據(jù)，首次繪制了地球從20億年前到5億年前——間隔約15億年的高精度生物多樣性演化歷程，勾畫出復雜生命的起源、輻射、滅絕、再次輻射至現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)形成的早期歷史過程。

關于5.4億年以來現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，目前已有大量研究成果。但受5億年以前化石數(shù)量稀少、地層年齡界定模糊、缺少合適的統(tǒng)計方法等方面的限制，關于早期地球生命的高精度定量化研究一直是空白。唐卿介紹，研究團隊耗時6年創(chuàng)建了迄今全球數(shù)據(jù)最全、信息量最大的早期地球古生物地層數(shù)據(jù)庫，共收錄13658條化石點數(shù)據(jù)，并創(chuàng)新性地結(jié)合超算和人工智能等大數(shù)據(jù)分析手段，運用高精度地質(zhì)時間軸的概念和方法，建立起早期地球高精度生物多樣性曲線。

研究發(fā)現(xiàn)，全球大冰期事件是地球早期生命演化的分水嶺。在大約7.2億年前的全球性大冰期事件之前，地球物種多樣性一直保持較低但穩(wěn)定增長的模式；但隨著大冰期的結(jié)束，生物多樣性開始迅速增加并且頻繁發(fā)生波動。例如，大約6.35億年到5.8億年前發(fā)生的真核生物大輻射事件，以及緊隨其后發(fā)生的生物演化史上第一次大滅絕事件，導致當時的優(yōu)勢類型——帶刺的微體生物大量滅絕。此后，包括動物在內(nèi)的復雜宏體生物快速增長，但在大約5.51億年至5.39億年前又遭遇兩次明顯的多樣性下降，這代表了動物演化史上最早的兩次大滅絕事件。

數(shù)據(jù)表明，“雪球地球”等極端氣候事件的發(fā)生會嚴重阻礙地球早期生物圈的演化進程。隨著大冰期事件的結(jié)束，地表溫度回暖和大氣氧含量升高促成新一輪復雜生物大輻射事件，這進一步證實了生命從簡單到復雜的演化并非簡單線性，而是呈現(xiàn)長期滯緩與相對快速輻射交替發(fā)展的模式。該研究還顯示出地表溫度與氧氣含量等環(huán)境因素的驟變對早期地球復雜生命系統(tǒng)演化有巨大影響。

“該研究不僅填補了關于早期地球生物多樣性演化的空白，還為闡明早期地球復雜生命起源和演化規(guī)律、探索地外生命是否存在，以及為宜居地球的可持續(xù)發(fā)展提供科學參考?！鄙驑渲冶硎?。

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