AI助力揭示地球復(fù)雜生命早期演化奧秘 | 科技前線

2024-12-21 09:28| 發(fā)布者: admin| 查看: 92| 評論: 0

摘要: 12月20日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團隊與南京大學(xué)、美國弗吉尼亞理工大學(xué)、香港大學(xué)等10家單位合作，在《科學(xué)》（Science）雜志上發(fā)表關(guān)于元古宙復(fù)雜生物早期演化的重要研究成果。復(fù)雜生物的出 ...

12月20日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團隊與南京大學(xué)、美國弗吉尼亞理工大學(xué)、香港大學(xué)等10家單位合作，在《科學(xué)》（Science）雜志上發(fā)表關(guān)于元古宙復(fù)雜生物早期演化的重要研究成果。

復(fù)雜生物的出現(xiàn)是生命演化史上極為重要的革新事件，意味著地球生物圈從以微生物為主的世界轉(zhuǎn)入以動、植物大規(guī)模發(fā)育為特征的宏體復(fù)雜生命世界。距今25-5.39億年的元古宙見證了單細胞真核生物起源、簡單多細胞化以及復(fù)雜多細胞生物初步輻射的演化歷程。然而長期以來，我們對上述演化歷程的理解缺乏大數(shù)據(jù)層面的定量闡述。

▲元古宙末期埃迪卡拉型化石生物群復(fù)原圖

化石是記錄生命演化的最直接證據(jù)。但在5億年以前漫長的早期地球階段，發(fā)育細胞核的真核生物是什么時候開始出現(xiàn)并留下它的第一個化石記錄的？作為所有現(xiàn)代高等生命的祖先，早期復(fù)雜生物如何一路逢兇化吉并最終進化出如今的五彩繽紛的地球生物圈？這些關(guān)系到我們從哪里來，要到哪里去的重大科學(xué)問題，由于研究方法的限制長期得不到準確的解答。

研究人員歷時六年，創(chuàng)建了全球數(shù)據(jù)最全的早期地球古生物地層數(shù)據(jù)庫，結(jié)合了超算和人工智能等大數(shù)據(jù)分析手段，首次繪制了地球距今20億至5億年前元古宙至寒武紀早期的真核生物多樣性演化曲線。揭示了復(fù)雜生命經(jīng)歷了元古宙中期漫長的早期演化歷程，并在新元古代發(fā)生了多次大輻射和大滅絕事件，填補了關(guān)于地球早期真核生物多樣性宏演化研究的空白。

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▲本次研究涉及的263個剖面數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析

研究首次用大數(shù)據(jù)的方法揭示了早期地球15億年的生命演化歷程，定量化地勾畫了復(fù)雜生命的起源、輻射、滅絕、再次輻射至現(xiàn)代復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)形成的早期演化過程。

數(shù)據(jù)表明“雪球地球”大冰期、噶斯奇厄斯（Gaskiers）冰期等極端氣候事件的發(fā)生嚴重阻礙地球早期生物圈的演化進程，導(dǎo)致生物大滅絕事件的出現(xiàn)。而隨著大冰期事件的結(jié)束，地表溫度回暖以及大氣氧含量升高等促成了新一輪復(fù)雜生物大輻射事件，進一步證實了生命從簡單到復(fù)雜的演化并不是簡單線性的歷程，而是呈長期滯緩與相對快速輻射交替發(fā)展的模式。

該項研究顯示出地表溫度與氧氣含量等環(huán)境因素的驟變對早期地球復(fù)雜生命演化的巨大影響，這對科學(xué)家探索極端環(huán)境下的地外生命和評估未來地球的宜居性演化提供了重要參考。

《科學(xué)》的多位審稿人評價“該研究終于帶來了長期缺失的早期地球高精度生物多樣性演化曲線”“該曲線揭示的真核生物大輻射和大滅絕事件將激發(fā)一大波探索早期地球生命與環(huán)境協(xié)同演化的熱潮”。

此項研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委以及國際大科學(xué)計劃—“深時數(shù)字地球”（DDE）等項目的支持。

來源：中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所

責任編輯：吳昊宋同舟

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