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AI助力揭示地球复杂生命早期演化奥秘 | 科技前线

2024-12-21 09:28| 发布者: admin| 查看: 70| 评论: 0

摘要: 12月20日，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队与南京大学、美国弗吉尼亚理工大学、香港大学等10家单位合作，在《科学》（Science）杂志上发表关于元古宙复杂生物早期演化的重要研究成果。复杂生物的出 ...

12月20日，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队与南京大学、美国弗吉尼亚理工大学、香港大学等10家单位合作，在《科学》（Science）杂志上发表关于元古宙复杂生物早期演化的重要研究成果。

复杂生物的出现是生命演化史上极为重要的革新事件，意味着地球生物圈从以微生物为主的世界转入以动、植物大规模发育为特征的宏体复杂生命世界。距今25-5.39亿年的元古宙见证了单细胞真核生物起源、简单多细胞化以及复杂多细胞生物初步辐射的演化历程。然而长期以来，我们对上述演化历程的理解缺乏大数据层面的定量阐述。

▲元古宙末期埃迪卡拉型化石生物群复原图

化石是记录生命演化的最直接证据。但在5亿年以前漫长的早期地球阶段，发育细胞核的真核生物是什么时候开始出现并留下它的第一个化石记录的？作为所有现代高等生命的祖先，早期复杂生物如何一路逢凶化吉并最终进化出如今的五彩缤纷的地球生物圈？这些关系到我们从哪里来，要到哪里去的重大科学问题，由于研究方法的限制长期得不到准确的解答。

研究人员历时六年，创建了全球数据最全的早期地球古生物地层数据库，结合了超算和人工智能等大数据分析手段，首次绘制了地球距今20亿至5亿年前元古宙至寒武纪早期的真核生物多样性演化曲线。揭示了复杂生命经历了元古宙中期漫长的早期演化历程，并在新元古代发生了多次大辐射和大灭绝事件，填补了关于地球早期真核生物多样性宏演化研究的空白。

AI助力揭示地球复杂生命早期演化奥秘 | 科技前线

▲本次研究涉及的263个剖面数据的网络分析

研究首次用大数据的方法揭示了早期地球15亿年的生命演化历程，定量化地勾画了复杂生命的起源、辐射、灭绝、再次辐射至现代复杂生态系统形成的早期演化过程。

数据表明“雪球地球”大冰期、噶斯奇厄斯（Gaskiers）冰期等极端气候事件的发生严重阻碍地球早期生物圈的演化进程，导致生物大灭绝事件的出现。而随着大冰期事件的结束，地表温度回暖以及大气氧含量升高等促成了新一轮复杂生物大辐射事件，进一步证实了生命从简单到复杂的演化并不是简单线性的历程，而是呈长期滞缓与相对快速辐射交替发展的模式。

该项研究显示出地表温度与氧气含量等环境因素的骤变对早期地球复杂生命演化的巨大影响，这对科学家探索极端环境下的地外生命和评估未来地球的宜居性演化提供了重要参考。

《科学》的多位审稿人评价“该研究终于带来了长期缺失的早期地球高精度生物多样性演化曲线”“该曲线揭示的真核生物大辐射和大灭绝事件将激发一大波探索早期地球生命与环境协同演化的热潮”。

此项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委以及国际大科学计划—“深时数字地球”（DDE）等项目的支持。

来源：中国科学院南京地质古生物研究所

责任编辑：吴昊宋同舟

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