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復(fù)雜生物出現(xiàn)是生命演化史上重要的革新事件，意味著地球生物圈從以微生物為主的世界轉(zhuǎn)入以動(dòng)、植物大規(guī)模發(fā)育為特征的宏體復(fù)雜生命世界。距今25億至5.39億年的元古宙見(jiàn)證了單細(xì)胞真核生物起源、簡(jiǎn)單多細(xì)胞化以及復(fù)雜多細(xì)胞生物初步輻射的演化歷程。長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于上述演化歷程的認(rèn)知，缺乏大數(shù)據(jù)層面的定量研究。12月20日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)、美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)、香港大學(xué)等單位的科研人員合作，在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表了關(guān)于元古宙復(fù)雜生物早期演化的重要成果。該研究歷時(shí)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(kù)，結(jié)合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(jì)早期的真核生物多樣性演化曲線。同時(shí)，該研究揭示了復(fù)雜生命經(jīng)歷元古宙中期漫長(zhǎng)的早期演化歷程并在新元古代發(fā)生多次大輻射和大滅絕事件。這一成果填補(bǔ)了地球早期真核生物多樣性宏演化的空白。自20世紀(jì)80年代至今，中國(guó)科學(xué)家在“復(fù)雜生物起源和早期演化”方向取得了一系列進(jìn)展。南京古生物所早期生命研究團(tuán)隊(duì)在研究員袁訓(xùn)來(lái)的帶領(lǐng)下，與國(guó)內(nèi)外多家科研單位合作，研究了埃迪卡拉紀(jì)藍(lán)田生物群、甕安生物群、石板灘生物群和拉伸紀(jì)淮南生物群、石旺莊生物群、遼南生物群等多個(gè)早期生命的化石寶庫(kù)。化石是記錄生命演化的最直接證據(jù)。而在5億年以前漫長(zhǎng)的早期地球階段，發(fā)育細(xì)胞核的真核生物是何時(shí)出現(xiàn)并留第一個(gè)化石記錄？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(jìn)化出如今五彩繽紛的地球生物圈？受限于研究方法，這些關(guān)系到“我們從哪里來(lái)”“要到哪里去”的重要科學(xué)問(wèn)題尚無(wú)準(zhǔn)確回答。針對(duì)上述難解之謎，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期對(duì)早期生命化石及其產(chǎn)出地層開(kāi)展研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了目前全球數(shù)據(jù)最全、信息量最大的早期地球古生物地層數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)新性地結(jié)合超算和人工智能等大數(shù)據(jù)分析手段，首次繪制出地球距今20億至5億年前元古宙至寒武紀(jì)早期的真核生物多樣性曲線。數(shù)據(jù)庫(kù)覆蓋單細(xì)胞真核生物化石、多細(xì)胞或多核體藻類(lèi)化石、動(dòng)物實(shí)體化石與遺跡化石等類(lèi)型，收錄了2731種化石的12820條首現(xiàn)記錄與末現(xiàn)記錄以及相關(guān)地層的數(shù)據(jù)。研究定量展示了跨度長(zhǎng)達(dá)15億年的高精度復(fù)雜生命早期演化歷史，揭示了地球上復(fù)雜生命是如何經(jīng)歷元古宙中期漫長(zhǎng)的早期演化歷程以及新元古代的多次大輻射和大滅絕事件后，最終為“寒武紀(jì)大爆發(fā)”期間現(xiàn)代類(lèi)型的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的建立鋪平道路。這一成果填補(bǔ)了早期地球真核生物多樣性宏演化的空白，為剖析地球復(fù)雜生命起源和早期演化規(guī)律，探索地外生命是否存在以及宜居地球的可持續(xù)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)并提供了借鑒。研究發(fā)現(xiàn)，隨著第一個(gè)可信的真核生物化石在距今約17億年前出現(xiàn)后，真核生物多樣性保持較低但穩(wěn)定增長(zhǎng)的模式。直到約7.2億年前全球性“雪球地球”大冰期出現(xiàn)，打斷了真核生命演化的既定進(jìn)程。隨著“雪球地球”事件結(jié)束，真核生物的物種多樣性開(kāi)始迅速增加并頻繁發(fā)生波動(dòng)，在埃迪卡拉紀(jì)發(fā)生多次生物大輻射和大滅絕事件。其中包括約6.35億到5.8億年前的生物大輻射事件，以及緊隨其后發(fā)生的真核生物演化史上的第一次大滅絕事件，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的優(yōu)勢(shì)類(lèi)型即表面具有復(fù)雜刺狀裝飾的微型真核生物大量滅絕。此后，以動(dòng)物為代表的形態(tài)更復(fù)雜的宏體生物迎來(lái)了快速輻射。而這些體形較大的復(fù)雜生物在埃迪卡拉紀(jì)末期遭遇兩次明顯的多樣性下降，代表了動(dòng)物演化史上最早的兩次大滅絕事件，且早于眾所周知的顯生宙的五次大滅絕事件。該研究首次用大數(shù)據(jù)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(huà)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(guò)程。以上研究表明，“雪球地球”大冰期、噶斯奇厄斯冰期等極端氣候事件嚴(yán)重阻礙地球早期生物圈的演化進(jìn)程，導(dǎo)致生物大滅絕事件出現(xiàn)。而隨著大冰期事件結(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(jìn)一步證實(shí)了生命從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演化不是簡(jiǎn)單的線性歷程而是呈長(zhǎng)期滯緩與相對(duì)快速輻射交替的發(fā)展模式。這一成果凸顯了地表溫度與氧氣含量等環(huán)境因素驟變對(duì)早期地球復(fù)雜生命演化的重要影響。多位審稿人評(píng)價(jià)道，“該研究終于帶來(lái)了長(zhǎng)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”。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、“深時(shí)數(shù)字地球”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃等的支持。論文鏈接早期地球高精度真核生物多樣性曲線元古宙-寒武紀(jì)早期地球-生命系統(tǒng)的演化過(guò)程