AI 助力揭示地球复杂生命早期演化奥秘，科学家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

IT之家 12 月 21 日消息，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

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、共计 20 位作者在《科学》杂志上发表了关于元古宙复杂生物早期演化的重要研究成果，填补了关于地球早期真核生物多样性宏演化的空白。

《科学》审稿人评价道：“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”。

▲ 本次研究涉及的 263 个剖面数据的网络分析

该研究历时六年，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。

研究结果表明，随着第一个可信的真核生物化石在距今约 17 亿年前出现之后，真核生物的多样性一直保持较低但稳定增长的模式。直到约 7.2 亿年前全球性“雪球地球”大冰期的出现，打断了真核生命演化的既定进程。

随着“雪球地球”事件的结束，真核生物的物种多样性开始迅速增加并且频繁发生波动，在埃迪卡拉纪发生多次生物大辐射和大灭绝事件。其中包括约 6.35 亿到 5.8 亿年前的生物大辐射事件，以及紧随其后发生的真核生物演化史上的第一次大灭绝事件，导致当时的优势类型 —— 表面具有复杂刺状装饰的微型真核生物的大量灭绝。

在此之后，以动物为代表的形态更为复杂的宏体生物迎来了快速辐射。但这些体型较大的复杂生物在埃迪卡拉纪末期（距今约 5.51-5.39 亿年前）又遭遇了两次明显的多样性下降，代表了动物演化史上最早的两次大灭绝事件，早于众所周知的显生宙的五次大灭绝事件。

本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。

以上数据表明“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会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。

该项研究也凸显了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。