科技日?qǐng)?bào)記者 張曄 金鳳

大約17億年前，第一個(gè)可信的真核生物出現(xiàn)后（根據(jù)已知化石），地球生命經(jīng)歷了怎樣的演化進(jìn)程？多年來(lái)，還沒(méi)有科學(xué)家將這一段生命演化史清晰地勾勒出來(lái)。南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院唐卿研究員、中國(guó)科學(xué)院院士沈樹忠等聯(lián)合中外科研單位，通過(guò)建立早期地球化石大數(shù)據(jù)庫(kù)，利用人工智能等分析方法首次繪制了地球從20億年前到5億年前，約15億年的高精度生物多樣性演化歷史。相關(guān)成果于12月20日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

化石是記錄生命演化的最直接證據(jù)。但在5億年以前漫長(zhǎng)的早期地球階段，生命，尤其是發(fā)育有細(xì)胞核的真核生物是什么時(shí)候開始出現(xiàn)并留下它的第一個(gè)化石記錄的？作為所有現(xiàn)代高等生物的祖先，早期生命是如何進(jìn)化出五彩繽紛的生物世界的？這些事關(guān)我們從哪里來(lái)、要到哪里去的重大科學(xué)問(wèn)題，由于研究方法的限制長(zhǎng)期得不到準(zhǔn)確的解答。

針對(duì)以上難解之謎，唐卿和沈樹忠等研究人員耗時(shí)六年時(shí)間創(chuàng)建了目前全球數(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(kù)。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地結(jié)合了超算和人工智能等分析手段，建立起迄今第一條早期地球高精度生物多樣性曲線。

研究結(jié)果表明，隨著第一個(gè)可信的真核生物化石在約17億年前出現(xiàn)后，其多樣性一直保持較低但穩(wěn)定增長(zhǎng)的模式。直到約7.2億年前全球性大冰期的出現(xiàn)打斷了生命演化的原有進(jìn)程。隨著大冰期事件的結(jié)束，地球物種多樣性開始迅速增加并且頻繁發(fā)生波動(dòng)，造成多次生物大輻射和大滅絕事件。在此之后，形態(tài)更為復(fù)雜的宏體生物（包括動(dòng)物）迎來(lái)了快速輻射。但這些復(fù)雜宏體生物在埃迪卡拉紀(jì)末（約5.51億年前至5.39億年前）又遭遇了兩次明顯的多樣性下降，代表了動(dòng)物演化史上最早的兩次大滅絕事件。

沈樹忠院士表示，研究表明，雪球地球等極端氣候事件的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重阻止地球早期生物圈的演化進(jìn)程，導(dǎo)致生物大滅絕事件出現(xiàn)。而隨著大冰期事件的結(jié)束，地表溫度回暖以及大氣氧含量升高促成了新一輪復(fù)雜生物大輻射事件，進(jìn)一步凸顯了地表溫度與氧氣含量等環(huán)境因素的驟變對(duì)早期地球復(fù)雜生命系統(tǒng)演化的巨大影響，這為科學(xué)家探索極端環(huán)境下的地外生命和評(píng)估未來(lái)地球的宜居性提供了重要參考。

據(jù)了解，該研究填補(bǔ)了關(guān)于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(guī)律、探索地外生命是否存在以及宜居地球的可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論基礎(chǔ)和借鑒。