古生物學家對地球歷史的瞭解是模糊的。不完整的化石記錄和不精確的測年技術使得很難精確確定發生在跨越數百萬年的地質時代內的事件。現在，一個見證了動物複雜性繁榮和地球上最嚴重的大滅絕之一的時期正變得清晰起來。
一個主要由中國科學家組成的團隊，利用世界第四強大的超級計算機天河二號，挖掘了一個包含大約5.4億年前到2.5億年前的 11000 多種化石物種的資料庫。結果是，這一時期（早古生代）的生命歷史，可以精確到大約2.6萬年以內，記錄物種在多樣化和大規模滅絕期間的興衰。該研究於1月16日發表在《科學》雜誌上。
“這有點令人驚歎，”內布拉斯加大學林肯分校的古生物學家和進化生物學家彼得·瓦格納說，他沒有參與這項工作。瓦格納在為這項研究撰寫的文章中寫道，能夠在這個尺度上觀察物種多樣性，就像從一個“同世紀的人被認為是同時代人”的系統，變成一個“只有在同一六個月期間生活的人才被認為是同時代人”的系統。
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瓦格納補充說，這樣的觀點將幫助科學家們確定大規模滅絕的原因——例如大約2.52億年前二疊紀末期發生的事件，該事件消滅了超過95%的海洋物種——並瞭解由於化石記錄的缺失而難以發現的不那麼戲劇性的物種滅絕和反彈。瞭解這些過程可能會揭示與地球當前生物多樣性喪失的相似之處。
不完整的記錄
地球歷史上大多數生物都沒有留下化石，科學家們只識別出了一小部分留下化石的生物。因此，很難判斷化石記錄的變化是否標誌著真正的變化，例如大規模滅絕，或者僅僅是由於缺乏化石發現造成的。
在20世紀60年代，古生物學家開始系統地分析化石記錄，揭示了多次大規模滅絕和生命繁榮的時期。但是，這些以及後來的努力通常只能將生物多樣性的變化精確到大約一千萬年之內，因為化石被歸入相對較長的地質時期並進行大規模分析。
為了改進這一點，中國南京大學的古生物學家範俊軒領導的一個團隊建立並分析了一個化石海洋無脊椎動物物種資料庫，這些物種來自3000多層岩石，主要來自中國，但也代表了早古生代時期整個地球的地質情況。然後，該小組使用軟體來測量個別物種出現和滅絕的時間。
該程式利用了物種通常在多個岩層中被發現的事實——每個岩層跨越數十萬到數百萬年——並使用此資訊來確定物種實際存在的時期上限和下限。這項工作揭示了所有 11000 個物種存在了多長時間以及按什麼順序存在。超級計算機花費了大約700萬個處理器小時。
闡明滅絕
透過這種方法，該團隊能夠了解有關有充分記錄的事件的更多細節，例如二疊紀末期滅絕和大約5.4億年前的寒武紀動物多樣性爆發。例如，分析表明，在二疊紀末期大規模滅絕發生前的 8萬年裡，物種多樣性下降，而滅絕本身發生在約 6萬年內。
這些發現也讓人懷疑是否存在規模較小的滅絕事件，即瓜達魯普紀末期滅絕，據認為它在大約2.6億年前消滅了許多海洋物種。英國布里斯托爾大學的古生物學家邁克·本頓說，這是最大的驚喜，他記錄了該時期脊椎動物多樣性的變化。他補充說，這項研究“代表了一項非常了不起的大資料努力”。
本頓希望看到這項工作擴充套件到後來的時期，特別是過去的一億年。古生物學家對這一時期動物多樣性的明顯增加是否是抽樣偏差的結果存在分歧。“過去的一億年一直是關於‘近期拉動’以及區分真實訊號和偏差的長期辯論的核心，”本頓說。
南京大學古生物學家、該研究的合著者諾曼·麥克勞德說，該團隊的工作可能有助於揭示生物多樣性變化的根本原因，方法是繪製其在可以與環境和氣候變化相匹配的時間尺度上的起伏。
瓦格納補充說，該團隊的方法在揭示和解釋小規模滅絕方面最有價值，這些滅絕與今天發生的滅絕沒有太大區別。他說，對於某些生物群來說，這樣的滅絕可能最終會變成“糟糕的10萬年，或者糟糕的一週”，但對於其他生物群則不然。“當你獲得這種解析度時，它開始開啟大門，真正測試小規模週轉事件可能是什麼樣的。”
本文經許可轉載，首次發表於2020年1月16日。