即使是最资深的古生物学家,对地球的前史也知之甚少。在化石记载残缺不全,测年技能又不行准确的状况下,咱们想要弄清楚数亿年之前发作的事情是极端困难的。
即便如此,对地球生物演化过程的探究依然吸引着古生物学家,尤其是生物复杂性迅速发展和几回物种大灭绝等共同时刻点,例如古生代的二叠纪和寒武纪。这些研讨对咱们了解生命来历、辐射和演化,以及地球生态体系的树立和演化都有着重大意义。
日前,为了取得更清晰的物种演化时刻线,南京大学地球科学与工程学院教授樊隽轩的研讨团队运用了强壮的 “银河二号” 超级核算机,深化发掘了一个包括大约 5.4 亿到 2.5 亿年前的(古生代时期)1.1 万种化石物种。
终究,他们将物种大迸发和大灭绝时期的生物多样性准确度缩小到了 2.6 万年左右,研讨成果发表于 1 月 16 日的《科学》杂志上。
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从人类的视角来看,2.6 万年好像很绵长,但假如从地球前史的视点来看,2.6 万年只是是弹指一挥间。
未参加研讨的古生物学家 Peter Wagner 点评称:“这真是太奇特了。” 他以为,这就比方“本来咱们将 100 年之内日子的人视为同一时代的生物,现在缩短到了将 6 个月之内日子的人视为同一时代的”。
这样的研讨成果有望协助科学家找出物种大灭绝的原因,例如发作在大约 2.52 亿年前的二叠纪晚期大规划物种灭绝事情,形成了 95%以上的海洋物种灭绝,还能够在必定程度上协助提醒由于化石记载的缺失而难以发现的物种消亡和迸发。
鉴于地球当时正在逐步损失生物多样性,了解这些前史事情或许也会提醒出一些类似之处。
添补化石记载空白
在地球前史上,大多数生物都没有留下化石,而在仅存的化石中,科学家也只能发现其间的一小部分。因而很难判别化石记载的改变是否反映出物种多样性的实在的状况,比方在某个时刻段,是真的呈现了物种大灭绝,仍是只是由于找不到化石而做出了错误判别。
在 20 世纪 60 时代,古生物学家开端对化石记载进行体系的剖析,提醒了生物大灭绝和物种大迸发的时期。可是迄今为止,大多数有关生物多样性改变的剖析一般只能准确到 1000 万年之内,由于这类剖析一般会包括许多化石,并且倾向于从很长的地质时期进行分类。
这就比方是咱们剖析一群人的岁数,不说他们都是 1990 年生,却说他们都日子在 20 世纪相同。两种说法都对,但第二种的准确度差了许多。
为了改善剖析办法,樊隽轩领导了一支团队,创立并剖析了一个化石数据库,其间包括在 3000 多个岩石层中发现的海洋无脊椎动物的化石。它们首要来自我国,但足以代表古生代时期地球的地质状况。随后他们运用软件来剖析和丈量单个物种呈现和灭绝的时刻。
图 | 樊隽轩教授(来历:南京大学官网)
一般来说,物种化石会在多个岩层中呈现,每个岩层跨过了数十万到数百万年不等。根据这个普遍规律,软件会对物种的实践存活时刻设置上限和下限,然后推导出一切 1.1 万种物种的存在时刻和诞生次序。
这需求十分巨大的核算资源,在 “银河二号” 超级核算机上花费了大约 700 万个核小时。
运用这种办法,研讨团队能够了解到许多已知事情的更多详细资料,例如咱们熟知的二叠纪晚期大灭绝和寒武纪大迸发。剖析标明,物种多样性在二叠纪大灭绝之前的 8 万年中就开端呈现下降趋势,而大灭绝终究继续了大约 6 万年。
这些发现也使人们置疑是否真的存在一些规划较小的灭绝事情,比方发作在中二叠世与晚二叠世过渡时期的瓜德鲁普统晚期生物灭绝——现在普遍以为许多海洋类生物在这段时期消失了。
专心研讨这一时期脊椎动物多样性的古生物学家 Mike Benton 表明,这项研讨“显示出大数据带来的惊喜适当惊人”。
Benton 还期望看到这种尽力能够继续向现代延伸,尤其是曩昔的一亿年间。尽管这一时期动物多样性呈现了明显增加,但古生物学家对形成这种现象的原因存在较大不合,一些人以为这是抽样误差导致的成果。相关争辩现已继续了很长时刻,这一亿年的改变是争辩的中心。
该研讨的合著者、南京大学古生物学家 Norman MacLeod 还表明,团队在制作根据时刻尺度的生物多样性改变表,能够跟环境和气候改变表进行比照,有望提醒生物多样性改变的根本原因。
整体来说,樊隽轩团队的办法关于发现和解说较小规划的灭绝十分有价值,这与当下正在发作的灭绝十分类似。
Wagner 以为,“关于某些生物群来说,小规划灭绝呈现的时刻跨度或许是‘糟糕的一周,也或许是糟糕的 10 万年’。当咱们提高生物多样性研讨的准确度后,就像打开了一扇新的大门,能够测验和找出有哪些细小的转机事情,对未来的多样性维护起到学习效果。”
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翻译:Ren