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天河二号发现了地球上最大的灭绝之一。。

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  来源:Nature自然科研

  古生物学家以令人惊叹的细节勾勒出3亿年的地球历史。

  古生物学家对地球历史的认识是非常模糊的。因为不完整的化石记录和不够精确的测年技术,要厘清数百万年地质时代里发生的各种事件绝非易事。但如今,地球史上一个动物复杂性爆发期——也是最大规模的物种灭绝之一,正变得越来越清晰。

2.52亿年前,二叠纪末的大灭绝时期,三叶虫从化石记录中消失了。来源:Shutterstock

  借助运算能力世界第四的超级计算机“天河二号”,一支主要来自中国的科研团队对拥有超过1.1万个化石物种的数据库进行了“挖掘”,这些物种生活在5.4亿到2.5亿年前。由此得到了早古生代时期的生命史,将物种多样性与大灭绝期间的物种兴衰精确到约2.6万年的时间尺度上。论文1月16日发表在《科学》上1。

  “这真的很了不起,”内布拉斯加大学林肯分校的古生物学家和演化生物学家Peter Wagner(他没有参与到此项研究中)认为,能够在这样的尺度上检视物种多样性,就好比从“活在同一个世纪里的算一代人,到活在这六个月里的才是一代人”,他在与论文同期发表的一篇评论文章中写道2。

  Wagner还说,这样的视角有助于科学家确定大灭绝(比如约2.52亿年前,二叠纪末期灭亡了超过95%的海洋物种)发生的原因。另外,它还能帮助我们理解小规模的种群消亡和重生——因为化石记录的缺失,这类事件通常更难被发现。对这些过程的了解可以揭示出与地球当前的生物多样性丧失的相似之处。

  支离破碎的化石记录

  在地球的历史上,大部分生命体都没有留下化石,而对于那些得以留存的,科学家也只鉴定出了其中的一小部分。其结果便是,我们很难断言化石记录的变化确实标志着大灭绝这种真正的变迁,还是因为我们没有找到足够的化石。

  上世纪60年代,古生物学家开始系统性地分析化石记录,他们发现了好几个大灭绝事件和生命欣欣向荣的地质时期。但是这些结果,通常只能把生物多样性的变化锁定在大概1000万年的时间尺度上,这是因为化石分布在相对较长的地质年代里,并且是成批被拿去分析的。

  为了得到更精细的尺度,由南京大学的古生物学家樊隽轩领导的团队创建并分析了一个海洋无脊椎动物化石的数据库。这些化石发掘自3000多个岩层,主要来自中国,但代表了早古生代全球范围的地质情况。团队用软件对每一个物种出现和灭绝的时间进行了测定。

  这种方法依据的前提是,物种一般会出现在多个岩层里,而每个岩层的时间跨度从几十万到几百万年不等。有了这些信息,物种实际生存年代的上下限就能被确定。最终,团队揭示了全部1.1万个物种存在的时间长度以及先后顺序。这耗费了超级计算机大约700万处理器时(processor hour)的运算量。

  浮出水面的灭绝事件

  通过这个方法,樊隽轩团队为那些已有充分研究的事件补充了更多未知细节,譬如二叠纪末的灭绝和约5.4亿年前寒武纪的动物多样性大爆发。比如,分析显示,在二叠纪末大灭绝发生前的8万年里,物种多样性就已经在下降了,而灭绝事件本身持续了大概6万年以上。

  团队的发现还对2.6亿年前瓜德鲁普世末期生物灭绝的存在提出了质疑,这被认为是一次导致了许多海洋生物消失的小规模灭绝事件。英国布里斯托大学的古生物学家Mike Benton专门记录该时期脊椎动物的多样性变化,他认为这是论文里最出人意料的地方。他还说,该研究“是通过大数据取得的一项了不起的成就”。

  Benton希望这种方法也能用于之后的地质时期——特别是过去一亿年。对于这段时期内动物多样性的显著增加是否是取样偏差的结果,古生物学家尚无法达成一致。“大量的争议都围绕着过去的这一亿年,尤其是长期以来关于‘现生记录的牵引’(pull of the recent,指对化石记录的取样会偏向于有现生种存在的类群)和区分真实信号和取样偏差的问题。”Benton说道。

  南京大学的古生物学家、论文合著者Norman MacLeod认为,通过确定生物多样性出现和消失的具体时间,并对应到同期的环境和气候的改变,他们团队的工作也许能揭示出导致多样性变化的原因。

  Wagner说,樊隽轩团队所使用的方法在发现和解释小规模灭绝事件上最有用武之地的——这类事件与当今世界发生的更像。对于某些生物类群而言,这样的灭绝可能是“倒霉的10万年,或者倒霉的一周”,他说,“有了这样的分辨率,摸索小规模生物更替事件的大门就打开了。”

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