即使是最资深的古生物学家，对地球的历史也知之甚少。在化石记录残缺不全，测年技术又不够精确的情况下，我们想要弄清楚数亿年之前发生的事件是极其困难的。

即便如此，对地球生物演化过程的探索仍然吸引着古生物学家，尤其是生物复杂性迅速发展和几次物种大灭绝等独特时间点，例如古生代的二叠纪和寒武纪。这些研究对于我们了解生命起源、辐射和演化，以及地球生态系统的建立和演化都有着重大意义。

日前，为了获得更明确的物种演化时间线，南京大学地球科学与工程学院教授樊隽轩的研究团队使用了强大的 “天河二号” 超级计算机，深入挖掘了一个包含大约 5.4 亿到 2.5 亿年前的（古生代时期）1.1 万种化石物种。

最终，他们将物种大爆发和大灭绝时期的生物多样性精确度缩小到了 2.6 万年左右，研究成果发表于 1 月 16 日的《科学》杂志上。

（来源：Shutterstock）

从人类的视角来看，2.6 万年似乎很漫长，但如果从地球历史的角度来看，2.6 万年只不过是弹指一挥间。

未参与研究的古生物学家 Peter Wagner 评价称：“这真是太神奇了。” 他认为，这就好比“原本我们将 100 年之内生活的人视为同一时代的生物，现在缩短到了将 6 个月之内生活的人视为同一时代的”。

这样的研究成果有望帮助科学家找出物种大灭绝的原因，例如发生在大约 2.52 亿年前的二叠纪末期大规模物种灭绝事件，造成了 95％以上的海洋物种灭绝，还可以帮助揭示由于化石记录的缺失而难以发现的物种消亡和爆发。

鉴于地球当前正在逐渐丧失生物多样性，了解这些历史事件可能也会揭示出一些相似之处。

填补化石记录空白

在地球历史上，大多数生物都没有留下化石，而在仅存的化石中，科学家也只能发现其中的一小部分。因此很难判断化石记录的变化是否反映出物种多样性的实际情况，比如在某个时间段，是真的出现了物种大灭绝，还是仅仅由于找不到化石而做出了错误判断。

在 20 世纪 60 年代，古生物学家开始对化石记录进行系统的分析，揭示了生物大灭绝和物种大爆发的时期。但是迄今为止，大多数有关生物多样性变化的分析通常只能精确到 1000 万年之内，因为这类分析通常会囊括大量化石，而且倾向于从很长的地质时期进行分类。

这就好比是我们分析一群人的岁数，不说他们都是 1990 年生，却说他们都生活在 20 世纪一样。两种说法都对，但第二种的准确度差了很多。

为了改进分析方法，樊隽轩领导了一支团队，创建并分析了一个化石数据库，其中包含在 3000 多个岩石层中发现的海洋无脊椎动物的化石。它们主要来自中国，但足以代表古生代时期地球的地质情况。随后他们使用软件来分析和测量单个物种出现和灭绝的时间。

图 | 樊隽轩教授（来源：南京大学官网）

一般来说，物种化石会在多个岩层中出现，每个岩层跨越了数十万到数百万年不等。基于这个普遍规律，软件会对物种的实际存活时间设置上限和下限，从而推导出所有 1.1 万种物种的存在时间和诞生顺序。

这需要十分庞大的计算资源，在 “天河二号” 超级计算机上花费了大约 700 万个核小时。

使用这种方法，研究团队能够了解到很多已知事件的更多详细资料，例如我们熟知的二叠纪末期大灭绝和寒武纪大爆发。分析表明，物种多样性在二叠纪大灭绝之前的 8 万年中就开始呈现下降趋势，而大灭绝最终持续了大约 6 万年。

这些发现也使人们怀疑是否真的存在一些规模较小的灭绝事件，比如发生在中二叠世与晚二叠世过渡时期的瓜德鲁普统末期生物灭绝——目前普遍认为很多海洋类生物在这段时期消失了。

专注研究这一时期脊椎动物多样性的古生物学家 Mike Benton 表示，这项研究“显示出大数据带来的惊喜相当惊人”。

Benton 还希望看到这种努力可以继续向现代延伸，尤其是过去的一亿年间。虽然这一时期动物多样性出现了明显增加，但古生物学家对造成这种现象的原因存在较大分歧，一些人认为这是抽样偏差导致的结果。相关辩论已经持续了很长时间，这一亿年的变化是辩论的核心。

该研究的合著者、南京大学古生物学家 Norman MacLeod 还表示，团队在绘制基于时间尺度的生物多样性变化表，可以跟环境和气候变化表进行对比，有望揭示生物多样性变化的根本原因。

总体来说，樊隽轩团队的方法对于发现和解释较小规模的灭绝非常有价值，这与当下正在发生的灭绝非常相似。

Wagner 认为，“对于某些生物群来说，小规模灭绝出现的时间跨度可能是‘糟糕的一周，也可能是糟糕的 10 万年’。当我们提升生物多样性研究的精确度后，就像打开了一扇新的大门，可以测试和找出有哪些微小的转折事件，对未来的多样性保护起到借鉴作用。”