几亿年前的远古地球上，演绎着什么样的生命故事？1月20日上午，2020年中国十大科技进展新闻发布，南京大学地球科学与工程学院樊隽轩教授和沈树忠院士领衔的研究成果成功入选。该团队借助超算、大数据等现代技术手段，绘制出地球3亿多年生命演化的历史！

搜集化石记录并非易事

生命起源与演化是世界十大科学之谜之一。据了解，地球上曾经生活过的生物99%以上已经灭绝，而通过化石记录了解生物演化历程，是认识地球的生物多样性现状与人类居住环境未来发展趋势的重要途径。

“当走进科罗拉多大峡谷，你会看到厚厚的地层，那就像一本硕大无比的‘石头大书’，岩石中各种各样的化石包含地质信息，就像是书里的文字。”沈树忠院士说，生命演化的真谛保存在各种地层记录之中，化石记录是唯一开启地球生命历史进程的窗口。

但是，搜集化石记录并非易事，很多生物已随时间湮灭，只有很少一部分能保存为化石。如何通过不完整的化石记录重建地球的生命演化进程是一个重大科学难题。从上世纪七八十年代起，欧美一些古生物学家就开始着手构建古生物数据库，但是由于地球历史过于漫长，时间单位只能做到以千万年计算，难以重现生命演化的精细过程。

耗时17年的计算两三天完成

据了解，南大科研团队与中科院南京地质古生物研究所等国内外单位合作，历时多年，遴选出3112个地层剖面，以及11268个海洋化石物种的26万条化石数据，自建了庞大的化石大数据库。

如何快速处理这些海量的数据？以前，科学家们通常使用相对简单粗糙且不均一的时间标尺进行分析，难以准确评估生物多样性的变化速率和模式，并可能掩盖突发性的重大生物事件。而此次科研团队则利用超级计算机“天河二号”开发出了新的算法。

“计算速度的大幅提升，是这项研究能获得重要突破的前提。通过我们研发的全新算法，我们将17年才能完成的计算提高到两三天就能完成！”樊隽轩说。经过反复计算和验证，团队获得了全球第一条高精度的古生代3亿多年前的海洋生物多样性变化曲线，其时间分辨率约为2.6万年，较国际同类研究的精度提高了400倍。

新曲线精确刻画出地质历史中规模最大的三次生物灭绝事件以及两次重大生物辐射事件的精细过程。《Science》评述该研究“将推动整个演化古生物学的变革”，《Nature》评述“古生物学家以惊人的细节绘制出地球3亿年历史”。

史上生物灭绝事件警示后人

探寻地球生命演化的意义是什么？沈树忠说，我们必须回答生命演化中三个基本问题，现今复杂生态系统是如何形成的？生命如何从一种形式演化到另一种形式？生物圈中是否存在灾变和多样化事件，这些都需要进一步探索过去的生物多样性。

“这项研究获得了全新的化石多样性数据，重现了地质历史时期所发生的三次最大的生物灭绝事件的精细过程。”沈树忠说，其中2.52亿年前发生了人类迄今为止识别出的最大规模的生物灭绝事件，导致约81%的海洋生物在数万年内迅速灭亡，这项成果对于我们认识当今人类活动导致的第六次生物大灭绝以及与全球气候变化之间的关系，有着重要的科学价值。

此外，在此次研究中，研究人员发现，4.9亿-4.7亿年前的中晚奥陶世和3.4亿-3亿年前的石炭-二叠纪，全球气候变冷，海洋平均温度下降5℃左右，但生物多样性却大幅增加。

沈树忠表示，利用古生物数据库重建地质历史全球生物多样性模式，揭示地球生命的演化历史，以及与环境变化之间的关系，可以为了解当前的地球生物多样性危机提供重要启示。