古生物学家对地球历史的了解是模糊的。不完整的化石记录和不精确的测年技术使得很难精确确定发生在跨越数百万年的地质时代内的事件。现在，一个见证了动物复杂性繁荣和地球上最严重的大灭绝之一的时期正变得清晰起来。
一个主要由中国科学家组成的团队，利用世界第四强大的超级计算机天河二号，挖掘了一个包含大约5.4亿年前到2.5亿年前的 11000 多种化石物种的数据库。结果是，这一时期（早古生代）的生命历史，可以精确到大约2.6万年以内，记录物种在多样化和大规模灭绝期间的兴衰。该研究于1月16日发表在《科学》杂志上。
“这有点令人惊叹，”内布拉斯加大学林肯分校的古生物学家和进化生物学家彼得·瓦格纳说，他没有参与这项工作。瓦格纳在为这项研究撰写的文章中写道，能够在这个尺度上观察物种多样性，就像从一个“同世纪的人被认为是同时代人”的系统，变成一个“只有在同一六个月期间生活的人才被认为是同时代人”的系统。
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瓦格纳补充说，这样的观点将帮助科学家们确定大规模灭绝的原因——例如大约2.52亿年前二叠纪末期发生的事件，该事件消灭了超过95%的海洋物种——并了解由于化石记录的缺失而难以发现的不那么戏剧性的物种灭绝和反弹。了解这些过程可能会揭示与地球当前生物多样性丧失的相似之处。
不完整的记录
地球历史上大多数生物都没有留下化石，科学家们只识别出了一小部分留下化石的生物。因此，很难判断化石记录的变化是否标志着真正的变化，例如大规模灭绝，或者仅仅是由于缺乏化石发现造成的。
在20世纪60年代，古生物学家开始系统地分析化石记录，揭示了多次大规模灭绝和生命繁荣的时期。但是，这些以及后来的努力通常只能将生物多样性的变化精确到大约一千万年之内，因为化石被归入相对较长的地质时期并进行大规模分析。
为了改进这一点，中国南京大学的古生物学家范俊轩领导的一个团队创建并分析了一个化石海洋无脊椎动物物种数据库，这些物种来自3000多层岩石，主要来自中国，但也代表了早古生代时期整个地球的地质情况。然后，该小组使用软件来测量个别物种出现和灭绝的时间。
该程序利用了物种通常在多个岩层中被发现的事实——每个岩层跨越数十万到数百万年——并使用此信息来确定物种实际存在的时期上限和下限。这项工作揭示了所有 11000 个物种存在了多长时间以及按什么顺序存在。超级计算机花费了大约700万个处理器小时。
阐明灭绝
通过这种方法，该团队能够了解有关有充分记录的事件的更多细节，例如二叠纪末期灭绝和大约5.4亿年前的寒武纪动物多样性爆发。例如，分析表明，在二叠纪末期大规模灭绝发生前的 8万年里，物种多样性下降，而灭绝本身发生在约 6万年内。
这些发现也让人怀疑是否存在规模较小的灭绝事件，即瓜达鲁普纪末期灭绝，据认为它在大约2.6亿年前消灭了许多海洋物种。英国布里斯托尔大学的古生物学家迈克·本顿说，这是最大的惊喜，他记录了该时期脊椎动物多样性的变化。他补充说，这项研究“代表了一项非常了不起的大数据努力”。
本顿希望看到这项工作扩展到后来的时期，特别是过去的一亿年。古生物学家对这一时期动物多样性的明显增加是否是抽样偏差的结果存在分歧。“过去的一亿年一直是关于‘近期拉动’以及区分真实信号和偏差的长期辩论的核心，”本顿说。
南京大学古生物学家、该研究的合著者诺曼·麦克劳德说，该团队的工作可能有助于揭示生物多样性变化的根本原因，方法是绘制其在可以与环境和气候变化相匹配的时间尺度上的起伏。
瓦格纳补充说，该团队的方法在揭示和解释小规模灭绝方面最有价值，这些灭绝与今天发生的灭绝没有太大区别。他说，对于某些生物群来说，这样的灭绝可能最终会变成“糟糕的10万年，或者糟糕的一周”，但对于其他生物群则不然。“当你获得这种分辨率时，它开始打开大门，真正测试小规模周转事件可能是什么样的。”
本文经许可转载，首次发表于2020年1月16日。