超算 “天河二号” 发现5亿年前的地球物种演化秘密

2020-02-17 投稿人 : www.gay9991.cn 围观 : 2000 次

即使是最资深的古生物学家对地球的历史也知之甚少。有了不完整的化石记录和不准确的年代测定技术,我们很难发现几亿年前发生了什么。

尽管如此,对地球生物进化过程的探索仍然吸引着古生物学家,尤其是独特的时间点,如生物复杂性的快速发展和物种的几次大规模灭绝,如古生代的二叠纪和寒武纪。这些研究对于我们理解生命的起源、辐射和进化,以及地球生态系统的建立和进化具有重要意义。

几天前,为了获得更明确的物种进化时间线,南京大学地球科学与工程学院范俊轩教授的研究团队使用强大的天河二号超级计算机深入挖掘了个化石物种(古生代),其中包含了5.4亿到2.5亿年前。

最后,他们将物种爆发和灭绝期间生物多样性的准确性降低到大约年。研究结果发表在1月16日的《科学》期刊上。

从人类的角度来看,年似乎是一段很长的时间,但从地球历史的角度来看,年只是一个手指的轻弹。

彼得瓦格纳,一位没有参与这项研究的古生物学家,评论道:“这真是太神奇了。”他认为这就像“最初我们认为生活在100年内的人是同一时代的生物,但现在我们把它缩短为生活在6个月内的人是同一时代的生物”。

这样的研究结果有望帮助科学家找到物种大规模灭绝的原因,例如,发生在大约2.52亿年前的二叠纪末期的物种大规模灭绝,导致95%以上的海洋物种灭绝,也有助于揭示由于缺乏化石记录而难以发现的物种灭绝和爆发。

鉴于地球上生物多样性的逐渐丧失,理解这些历史事件也可能揭示一些相似之处。

填补化石记录的空白

在地球历史上,大多数生物都没有留下化石,在剩下的化石中,科学家只能找到其中的一小部分。因此,很难判断化石记录的变化是否反映了物种多样性的实际情况,例如,物种的大规模灭绝是否真的发生在某个时期,或者仅仅因为没有发现化石而做出错误的判断。

20世纪60年代,古生物学家开始对化石记录进行系统分析,揭示了大规模灭绝和物种爆炸的时期。然而,到目前为止,大多数关于生物多样性变化的分析通常可以精确到1000万年之内,因为这种分析通常包括大量的化石,并且倾向于从长地质时期进行分类。

这就像分析一群人的年龄,不是说他们都出生在1990年,而是说他们都生活在20世纪。两种说法都是正确的,但第二种说法的准确性要差得多。

为了改进分析方法,范俊轩带领一个团队创建并分析了一个化石数据库,其中包含在3000多个岩层中发现的海洋无脊椎动物化石。它们主要来自中国,但它们足以代表古生代地球的地质条件。然后他们使用软件来分析和测量单个物种出现和灭绝的时间。

Chart |范俊轩教授(来源:南京大学官方网站)

一般来说,物种化石存在于多个岩层中,每个岩层跨越几十万到几百万年。根据这一一般规则,软件将设定物种实际生存时间的上限和下限,从而推断出所有个物种的生存时间和出生顺序。

这需要巨大的计算资源,在天河二号超级计算机上花费大约700万核小时。

使用这种方法,研究小组可以了解更多已知事件的细节,比如我们熟知的晚二叠世大灭绝和寒武纪大爆发。分析表明,物种多样性在二叠纪大灭绝前的8万年开始下降,大灭绝最终持续了约6万年。

这些发现也使人们怀疑是否真的有一些小规模的灭绝,例如在中二叠世和晚二叠世的过渡时期,瓜德隆组末期有种物种灭绝。目前,人们普遍认为许多海洋物种在此期间消失了。

迈克

本顿也希望看到这样的努力继续延伸到现代,尤其是在过去的一亿年里。虽然这一时期动物的多样性明显增加,但古生物学家对这一现象的原因有很大的分歧。有些人认为这是抽样偏差的结果。相关的争论已经持续了很长时间,1亿年的变化是争论的核心。

南京大学古生物学家诺曼麦克劳德(Norman MacLeod)也是该研究的合着者,他说该团队正在绘制一个时间尺度的生物多样性变化表,可以与环境和气候变化表相比较,并有望揭示生物多样性变化的根本原因。

总的来说,范俊轩团队的方法对于发现和解释小规模灭绝是非常有价值的,这与目前正在发生的灭绝非常相似。

Wagner认为,“对于某些生物群来说,小规模灭绝的时间跨度可能是‘糟糕的一周,或者是糟糕的10万年’。当我们提高生物多样性研究的准确性时,就像打开了一扇新的大门,来检验和发现哪些是次要的转折事件,这将为未来的生物多样性保护提供参考。”

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翻译:任

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