地球最大規模物種滅絕之一,被"天河二號"層層揭開
2020年03月13日09:57

  古生物學家以令人驚歎的細節勾勒出3億年的地球歷史。

  古生物學家對地球歷史的認識是非常模糊的。因為不完整的化石記錄和不夠精確的測年技術,要釐清數百萬年地質時代里發生的各種事件絕非易事。但如今,地球史上一個動物複雜性爆發期——也是最大規模的物種滅絕之一,正變得越來越清晰。

2.52億年前,二疊紀末的大滅絕時期,三葉蟲從化石記錄中消失了。來源:Shutterstock
2.52億年前,二疊紀末的大滅絕時期,三葉蟲從化石記錄中消失了。來源:Shutterstock

  借助運算能力世界第四的超級計算機“天河二號”,一支主要來自中國的科研團隊對擁有超過1.1萬個化石物種的數據庫進行了“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2.6萬年的時間尺度上。論文1月16日發表在《科學》上1。

  “這真的很了不起,”內布拉斯加大學林肯分校的古生物學家和演化生物學家Peter Wagner(他沒有參與到此項研究中)認為,能夠在這樣的尺度上檢視物種多樣性,就好比從“活在同一個世紀里的算一代人,到活在這六個月裡的才是一代人”,他在與論文同期發表的一篇評論文章中寫道2。

  Wagner還說,這樣的視角有助於科學家確定大滅絕(比如約2.52億年前,二疊紀末期滅亡了超過95%的海洋物種)發生的原因。另外,它還能幫助我們理解小規模的種群消亡和重生——因為化石記錄的缺失,這類事件通常更難被發現。對這些過程的瞭解可以揭示出與地球當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,大部分生命體都沒有留下化石,而對於那些得以留存的,科學家也只鑒定出了其中的一小部分。其結果便是,我們很難斷言化石記錄的變化確實標誌著大滅絕這種真正的變遷,還是因為我們沒有找到足夠的化石。

  上世紀60年代,古生物學家開始系統性地分析化石記錄,他們發現了好幾個大滅絕事件和生命欣欣向榮的地質時期。但是這些結果,通常只能把生物多樣性的變化鎖定在大概1000萬年的時間尺度上,這是因為化石分佈在相對較長的地質年代里,並且是成批被拿去分析的。

  為了得到更精細的尺度,由南京大學的古生物學家樊雋軒領導的團隊創建並分析了一個海洋無脊椎動物化石的數據庫。這些化石發掘自3000多個岩層,主要來自中國,但代表了早古生代全球範圍的地質情況。團隊用軟件對每一個物種出現和滅絕的時間進行了測定。

  這種方法依據的前提是,物種一般會出現在多個岩層里,而每個岩層的時間跨度從幾十萬到幾百萬年不等。有了這些信息,物種實際生存年代的上下限就能被確定。最終,團隊揭示了全部1.1萬個物種存在的時間長度以及先後順序。這耗費了超級計算機大約700萬處理器時(processor hour)的運算量。

  浮出水面的滅絕事件

  通過這個方法,樊雋軒團隊為那些已有充分研究的事件補充了更多未知細節,譬如二疊紀末的滅絕和約5.4億年前寒武紀的動物多樣性大爆發。比如,分析顯示,在二疊紀末大滅絕發生前的8萬年里,物種多樣性就已經在下降了,而滅絕事件本身持續了大概6萬年以上。

  團隊的發現還對2.6億年前瓜德魯普世末期生物滅絕的存在提出了質疑,這被認為是一次導致了許多海洋生物消失的小規模滅絕事件。英國布里斯託大學的古生物學家Mike Benton專門記錄該時期脊椎動物的多樣性變化,他認為這是論文里最出人意料的地方。他還說,該研究“是通過大數據取得的一項了不起的成就”。

  Benton希望這種方法也能用於之後的地質時期——特別是過去一億年。對於這段時期內動物多樣性的顯著增加是否是取樣偏差的結果,古生物學家尚無法達成一致。“大量的爭議都圍繞著過去的這一億年,尤其是長期以來關於‘現生記錄的牽引’(pull of the recent,指對化石記錄的取樣會偏向於有現生種存在的類群)和區分真實信號和取樣偏差的問題。”Benton說道。

  南京大學的古生物學家、論文合著者Norman MacLeod認為,通過確定生物多樣性出現和消失的具體時間,並對應到同期的環境和氣候的改變,他們團隊的工作也許能揭示出導致多樣性變化的原因。

  Wagner說,樊雋軒團隊所使用的方法在發現和解釋小規模滅絕事件上最有用武之地的——這類事件與當今世界發生的更像。對於某些生物類群而言,這樣的滅絕可能是“倒霉的10萬年,或者倒霉的一週”,他說,“有了這樣的解像度,摸索小規模生物更替事件的大門就打開了。”

  來源:Nature自然科研

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