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中國科學家牽頭揭秘古生代海洋生物多樣性演化

2020-01-21 10:36:08 來源:中國新聞網
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    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    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

  中新網南京1月20日電 (楊顏慈)據中國科學院南京地質古生物研究所20日消息,在該所與南京大學等共同完成的一項研究中,通過利用古生物大數據、超級計算、模擬退火算法和遺傳算法等全新的方法和手段,基于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。

  本項研究成果于近日在美國《科學》(Science)雜志在線刊發。

不同時間分辨率下的生物多樣性變化曲線。南古所 供圖不同時間分辨率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。利用古生物數據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系,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,相當于寒武紀至三疊紀早期)海洋生物多樣性曲線,項目團隊自2000年開始收集了大量已發表的地層剖面和化石記錄,并于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數據庫。

  本次研究從中遴選了3112個地層剖面、11268個海洋化石物種的26萬化石數據作為研究的對象。

  國際同類研究通?;诰幠渴綌祿斓姆绞竭M行多樣性統計分析,分辨率低,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算法和遺傳算法,自主開發了基于并行計算的約束最優化方法-CONOP.SAGA。

  利用“天河二號”超級計算機,經過反復計算和驗證,研究團隊獲得了全新的寒武紀-三疊紀海洋無脊椎動物的復合多樣性曲線,其統計時間分辨率約為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,前人使用的低分辨率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,并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,并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,對于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系具有重要啟示意義。

  此項研究采用了全新的技術手段,部分解決了深時高分辨率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項目的支持。(完)

(編輯:冀江彤)
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