5亿年以前的早期地球全球生物多样性是怎么变化的？12月20日，南京大学地球科学与工程学院研究员唐卿和沈树忠院士等联合中外多家科研单位在顶级学术期刊《Science》上发表重要研究成果。
该研究通过建立早期地球化石大数据，利用超算和人工智能等分析方法首次绘制了地球从20亿年到5亿年前，约15亿年的高精度生物多样性演化历史，揭示了地球上的早期生命是通过漫长的演化历程，经历多次大辐射和大灭绝事件后，最终演化出约5亿年前的复杂生态系统。
早期地球高精度生物多样性曲线。受访者供图
创建全球数据最全的早期地球古生物地层数据库
化石是记录生命演化的最直接证据。但在5亿年以前漫长的早期地球阶段，生命，尤其是发育有细胞核的真核生物是什么时候开始出现并留下它的第一个化石记录的？作为所有现代高等生物的祖先，早期生命是如何逢凶化吉进化出我们现在看到的五彩缤纷的生物世界？由于化石稀少、物种鉴定困难、缺乏精确的年龄约束、缺少合适的计算方法等，这些重大科学问题长期得不到准确解答。
针对以上难解之谜，研究团队耗时六年时间创建了目前全球数据最全、信息量最大的早期地球古生物地层数据库。团队创新性地结合了超算和人工智能等大数据分析手段，建立起迄今第一条早期地球高精度生物多样性曲线。
据唐卿介绍，目前数据库数据包含13658个化石事件、263个剖面、2731个化石属种，185个同位素绝对年龄，未来还会不断将新的全球发表的相关数据纳入其中。这条多样性曲线显示，从距今20亿年前到寒武纪生命大爆发，在长达约15亿年的地质历史时期中，生命演化过程并非人们过去所认为的“平缓爬坡”，而是在环境突破中曲折前行。
地表环境因素骤变对早期地球复杂生命系统演化影响巨大
研究结果表明，随着第一个可信的真核生物化石在约17亿年前出现后，地球多样性一直保持较低但稳定增长的模式。直到约7.2亿年前全球性大冰期的出现打断了生命演化的原有进程。
随着大冰期事件的结束，地球物种多样性开始迅速增加并且频繁发生波动，造成多次生物大辐射和大灭绝事件。其中包括约6.35亿年到5.8亿年前的生物大辐射事件，以及紧随其后发生的生物演化史上第一次大灭绝事件，导致当时的优势类型—带刺的微体生物大量灭绝。
在此之后，形态更为复杂的宏体生物（包括动物）迎来了快速辐射。但这些复杂宏体生物在埃迪卡拉纪末（约5.51亿年至5.39亿年前）又遭遇了两次明显的多样性下降，代表了动物演化史上最早的两次大灭绝事件。
研究首次用大数据方法定量化地揭示了早期地球15亿年的生命演化历程，定量勾画了复杂生命的起源、辐射、灭绝、再次辐射至现代生态系统形成的早期历史过程。
这些数据表明，“雪球地球”等极端气候事件的发生会严重阻止地球早期生物圈的演化进程，导致生物大灭绝事件出现。而随着大冰期事件的结束，地表温度回暖以及大气氧含量升高，促成了新一轮复杂生物大辐射事件，进一步证实了生命从简单到复杂的演化并不是简单线性的，而是呈长期滞缓与相对快速辐射交替发展的模式。
沈树忠院士认为，地表环境因素的骤变对早期地球复杂生命系统演化影响巨大，这对科学家探索极端环境下的地外生命和评估未来地球的宜居性提供了重要参考。
该研究填补了关于早期地球生物多样性宏演化的空白，为阐明早期地球生命起源和演化规律、探索地外生命是否存在以及宜居地球的可持续发展提供重要的理论基础和借鉴。
新京报记者 张璐
编辑 张牵 校对 张彦君
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