文／馮偉民

2月27日，由科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）牽頭組織的“2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選成果揭曉。由古生物學(xué)家主導(dǎo)的“大數(shù)據(jù)刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史”成功入選。

研究地球生物多樣性是如何演變而來，對于認(rèn)識地球的生物多樣性現(xiàn)狀與人類居住環(huán)境未來發(fā)展趨勢有重要意義。自地球生命誕生，生物多樣性便一路演化而來，造就了當(dāng)今地球生物圈面貌。但是，在地球生命史上，曾經(jīng)發(fā)生過重大的生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的突變，導(dǎo)致了多次生物大滅絕事件。

如何深刻理解這些重大生物事件的驅(qū)動機(jī)制，對于我們認(rèn)識當(dāng)今地球生物多樣性、人類可能面臨的第六次大滅絕，及其與全球氣候變化之間的關(guān)系具有重要啟示意義?？茖W(xué)家研究表明，地質(zhì)歷史中生物多樣性的重大變化，通常也伴隨著環(huán)境的劇烈波動。

科學(xué)家曾試圖通過化石記錄重建地球生物多樣性變化歷史。20世紀(jì)80年代，美國科學(xué)家勞普（D.Raup）和同事杰克·塞普克斯基（J.Sepkoski）詳細(xì)研究各國化石記錄后，公布了對物種滅絕“背景”比率的研究結(jié)果，即有機(jī)體在地球生命史中滅絕的正常比例，表明物種至少經(jīng)歷了五次全球大滅絕。這一研究成果曾引起科學(xué)家廣泛關(guān)注和社會影響，被大量引用于專業(yè)文獻(xiàn)和博物館展覽展示中。

然而，以往研究展示的對地質(zhì)歷史時期地球生物多樣性變化在時間分辨率上還比較低、生物分類比較粗，識別突發(fā)性重大生物演變事件的精度也不夠，也缺乏與環(huán)境因子的比較對比。因此，科學(xué)界期待有更高分辨率和更為精準(zhǔn)的研究成果問世，以便為近代地球生態(tài)系統(tǒng)演變研究提供更有價值的重要參考。

為此，我國科學(xué)家沈樹忠、樊雋軒團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外專家創(chuàng)建國際大型古生物數(shù)據(jù)庫，從中遴選出3112個地層剖面和11268個海洋化石物種的26萬條化石數(shù)據(jù)，自主建立大型古生物和地層數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合了模擬退火算法和遺傳算法，自主開發(fā)了基于并行計算的約束最優(yōu)化方法-CONOP.SAGA。利用“天河二號”超級計算機(jī)，經(jīng)過反復(fù)計算和驗(yàn)證，獲得了全新的寒武紀(jì)-三疊紀(jì)海洋無脊椎動物的復(fù)合多樣性曲線。

這條具有世界性意義的原創(chuàng)地質(zhì)歷史全球生物復(fù)合型多樣性曲線，將統(tǒng)計時間的分辨率達(dá)到了2.6萬年，較國際同類研究的精度整整提高了400倍左右。因此，這一突破性成果獲得了全球第一條高精度的古生代3億多年的海洋生物多樣性演化曲線，將為揭示地球生命的演化歷史，以及與環(huán)境變化之間的關(guān)系，深刻理解這些重大生物事件的驅(qū)動機(jī)制，并為了解當(dāng)前的地球生物多樣性危機(jī)提供重要啟示。

大數(shù)據(jù)不僅刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史，再現(xiàn)了地球生物多樣性演變過程中的多次重大生物滅絕、復(fù)蘇和輻射事件，而且還揭示了這一歷史時期生物多樣性變化與大氣二氧化碳含量以及全球性氣候劇變的協(xié)同關(guān)系，彰顯了更具科學(xué)意義的成果。

這條基于化石記錄大數(shù)據(jù)演算出來的古生代海洋生物多樣性曲線，還揭示出很多以前模式中看不到的事件和細(xì)節(jié)，改變了當(dāng)前對古生代海洋生物多樣性演化的認(rèn)知。因此，該研究將推動整個演化古生物學(xué)研究的變革。中國科學(xué)家的成果獲得了國際同行的高度評價。美國《科學(xué)》雜志評述該研究“將推動整個演化古生物學(xué)的變革”，英國《自然》則評述“古生物學(xué)家以驚人的細(xì)節(jié)繪制出地球3億年歷史”。

此項(xiàng)研究是地球科學(xué)與數(shù)據(jù)科學(xué)相結(jié)合的一項(xiàng)突破，極大地鼓舞了科學(xué)家致力于“深時數(shù)字地球”（DDE）研究，必將進(jìn)一步推動全球地球科學(xué)家與數(shù)據(jù)科學(xué)家的合作交流，推動地球科學(xué)在大數(shù)據(jù)時代的創(chuàng)新發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)重建完整的生命演化歷史的壯舉，為人類的未來可持續(xù)發(fā)展提供更多啟示。