古生物學(xué)家以令人驚嘆的細(xì)節(jié)勾勒出3億年的地球歷史。
古生物學(xué)家對(duì)地球歷史的認(rèn)識(shí)是非常模糊的。因?yàn)椴煌暾幕涗浐筒粔蚓_的測(cè)年技術(shù)，要厘清數(shù)百萬(wàn)年地質(zhì)時(shí)代里發(fā)生的各種事件絕非易事。但如今，地球史上一個(gè)動(dòng)物復(fù)雜性爆發(fā)期——也是最大規(guī)模的物種滅絕之一，正變得越來(lái)越清晰。
2.52億年前，二疊紀(jì)末的大滅絕時(shí)期，三葉蟲(chóng)從化石記錄中消失了。來(lái)源：Shutterstock
借助運(yùn)算能力世界第四的超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河二號(hào)”，一支主要來(lái)自中國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)擁有超過(guò)1.1萬(wàn)個(gè)化石物種的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了“挖掘”，這些物種生活在5.4億到2.5億年前。由此得到了早古生代時(shí)期的生命史，將物種多樣性與大滅絕期間的物種興衰精確到約2.6萬(wàn)年的時(shí)間尺度上。論文1月16日發(fā)表在《科學(xué)》上1。
“這真的很了不起，”內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的古生物學(xué)家和演化生物學(xué)家Peter Wagner（他沒(méi)有參與到此項(xiàng)研究中）認(rèn)為，能夠在這樣的尺度上檢視物種多樣性，就好比從“活在同一個(gè)世紀(jì)里的算一代人，到活在這六個(gè)月里的才是一代人”，他在與論文同期發(fā)表的一篇評(píng)論文章中寫(xiě)道2。
Wagner還說(shuō)，這樣的視角有助于科學(xué)家確定大滅絕（比如約2.52億年前，二疊紀(jì)末期滅亡了超過(guò)95%的海洋物種）發(fā)生的原因。另外，它還能幫助我們理解小規(guī)模的種群消亡和重生——因?yàn)榛涗浀娜笔?，這類(lèi)事件通常更難被發(fā)現(xiàn)。對(duì)這些過(guò)程的了解可以揭示出與地球當(dāng)前的生物多樣性喪失的相似之處。
支離破碎的化石記錄
在地球的歷史上，大部分生命體都沒(méi)有留下化石，而對(duì)于那些得以留存的，科學(xué)家也只鑒定出了其中的一小部分。其結(jié)果便是，我們很難斷言化石記錄的變化確實(shí)標(biāo)志著大滅絕這種真正的變遷，還是因?yàn)槲覀儧](méi)有找到足夠的化石。
上世紀(jì)60年代，古生物學(xué)家開(kāi)始系統(tǒng)性地分析化石記錄，他們發(fā)現(xiàn)了好幾個(gè)大滅絕事件和生命欣欣向榮的地質(zhì)時(shí)期。但是這些結(jié)果，通常只能把生物多樣性的變化鎖定在大概1000萬(wàn)年的時(shí)間尺度上，這是因?yàn)榛植荚谙鄬?duì)較長(zhǎng)的地質(zhì)年代里，并且是成批被拿去分析的。
為了得到更精細(xì)的尺度，由南京大學(xué)的古生物學(xué)家樊雋軒領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建并分析了一個(gè)海洋無(wú)脊椎動(dòng)物化石的數(shù)據(jù)庫(kù)。這些化石發(fā)掘自3000多個(gè)巖層，主要來(lái)自中國(guó)，但代表了早古生代全球范圍的地質(zhì)情況。團(tuán)隊(duì)用軟件對(duì)每一個(gè)物種出現(xiàn)和滅絕的時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定。
這種方法依據(jù)的前提是，物種一般會(huì)出現(xiàn)在多個(gè)巖層里，而每個(gè)巖層的時(shí)間跨度從幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)年不等。有了這些信息，物種實(shí)際生存年代的上下限就能被確定。最終，團(tuán)隊(duì)揭示了全部1.1萬(wàn)個(gè)物種存在的時(shí)間長(zhǎng)度以及先后順序。這耗費(fèi)了超級(jí)計(jì)算機(jī)大約700萬(wàn)處理器時(shí)（processor hour）的運(yùn)算量。
浮出水面的滅絕事件
通過(guò)這個(gè)方法，樊雋軒團(tuán)隊(duì)為那些已有充分研究的事件補(bǔ)充了更多未知細(xì)節(jié)，譬如二疊紀(jì)末的滅絕和約5.4億年前寒武紀(jì)的動(dòng)物多樣性大爆發(fā)。比如，分析顯示，在二疊紀(jì)末大滅絕發(fā)生前的8萬(wàn)年里，物種多樣性就已經(jīng)在下降了，而滅絕事件本身持續(xù)了大概6萬(wàn)年以上。
團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)還對(duì)2.6億年前瓜德魯普世末期生物滅絕的存在提出了質(zhì)疑，這被認(rèn)為是一次導(dǎo)致了許多海洋生物消失的小規(guī)模滅絕事件。英國(guó)布里斯托大學(xué)的古生物學(xué)家Mike Benton專(zhuān)門(mén)記錄該時(shí)期脊椎動(dòng)物的多樣性變化，他認(rèn)為這是論文里最出人意料的地方。他還說(shuō)，該研究“是通過(guò)大數(shù)據(jù)取得的一項(xiàng)了不起的成就”。
Benton希望這種方法也能用于之后的地質(zhì)時(shí)期——特別是過(guò)去一億年。對(duì)于這段時(shí)期內(nèi)動(dòng)物多樣性的顯著增加是否是取樣偏差的結(jié)果，古生物學(xué)家尚無(wú)法達(dá)成一致?！按罅康臓?zhēng)議都圍繞著過(guò)去的這一億年，尤其是長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于‘現(xiàn)生記錄的牽引’（pull of the recent，指對(duì)化石記錄的取樣會(huì)偏向于有現(xiàn)生種存在的類(lèi)群）和區(qū)分真實(shí)信號(hào)和取樣偏差的問(wèn)題。”Benton說(shuō)道。
南京大學(xué)的古生物學(xué)家、論文合著者Norman MacLeod認(rèn)為，通過(guò)確定生物多樣性出現(xiàn)和消失的具體時(shí)間，并對(duì)應(yīng)到同期的環(huán)境和氣候的改變，他們團(tuán)隊(duì)的工作也許能揭示出導(dǎo)致多樣性變化的原因。
Wagner說(shuō)，樊雋軒團(tuán)隊(duì)所使用的方法在發(fā)現(xiàn)和解釋小規(guī)模滅絕事件上最有用武之地的——這類(lèi)事件與當(dāng)今世界發(fā)生的更像。對(duì)于某些生物類(lèi)群而言，這樣的滅絕可能是“倒霉的10萬(wàn)年，或者倒霉的一周”，他說(shuō)，“有了這樣的分辨率，摸索小規(guī)模生物更替事件的大門(mén)就打開(kāi)了?！?/p>
