即使是最資深的古生物學家，對地球的曆史也知之甚少。在化石記錄殘缺不全，測年技術又不夠精确的情況下，我們想要弄清楚數億年之前發生的事件是極其困難的。

即便如此，對地球生物演化過程的探索仍然吸引着古生物學家，尤其是生物複雜性迅速發展和幾次物種大滅絕等獨特時間點，例如古生代的二疊紀和寒武紀。這些研究對于我們了解生命起源、輻射和演化，以及地球生态系統的建立和演化都有着重大意義。

日前，為了獲得更明确的物種演化時間線，南京大學地球科學與工程學院教授樊隽軒的研究團隊使用了強大的 “天河二号” 超級計算機，深入挖掘了一個包含大約 5.4 億到 2.5 億年前的（古生代時期）1.1 萬種化石物種。

最終，他們将物種大爆發和大滅絕時期的生物多樣性精确度縮小到了 2.6 萬年左右，研究成果發表于 1 月 16 日的《科學》雜志上。

（來源：Shutterstock）

從人類的視角來看，2.6 萬年似乎很漫長，但如果從地球曆史的角度來看，2.6 萬年隻不過是彈指一揮間。

未參與研究的古生物學家 Peter Wagner 評價稱：“這真是太神奇了。” 他認為，這就好比“原本我們将 100 年之内生活的人視為同一時代的生物，現在縮短到了将 6 個月之内生活的人視為同一時代的”。

這樣的研究成果有望幫助科學家找出物種大滅絕的原因，例如發生在大約 2.52 億年前的二疊紀末期大規模物種滅絕事件，造成了 95％以上的海洋物種滅絕，還可以幫助揭示由于化石記錄的缺失而難以發現的物種消亡和爆發。

鑒于地球當前正在逐漸喪失生物多樣性，了解這些曆史事件可能也會揭示出一些相似之處。

在地球曆史上，大多數生物都沒有留下化石，而在僅存的化石中，科學家也隻能發現其中的一小部分。因此很難判斷化石記錄的變化是否反映出物種多樣性的實際情況，比如在某個時間段，是真的出現了物種大滅絕，還是僅僅由于找不到化石而做出了錯誤判斷。

在 20 世紀 60 年代，古生物學家開始對化石記錄進行系統的分析，揭示了生物大滅絕和物種大爆發的時期。但是迄今為止，大多數有關生物多樣性變化的分析通常隻能精确到 1000 萬年之内，因為這類分析通常會囊括大量化石，而且傾向于從很長的地質時期進行分類。

這就好比是我們分析一群人的歲數，不說他們都是 1990 年生，卻說他們都生活在 20 世紀一樣。兩種說法都對，但第二種的準确度差了很多。

為了改進分析方法，樊隽軒領導了一支團隊，創建并分析了一個化石數據庫，其中包含在 3000 多個岩石層中發現的海洋無脊椎動物的化石。它們主要來自中國，但足以代表古生代時期地球的地質情況。随後他們使用軟件來分析和測量單個物種出現和滅絕的時間。

圖 | 樊隽軒教授（來源：南京大學官網）

一般來說，物種化石會在多個岩層中出現，每個岩層跨越了數十萬到數百萬年不等。基于這個普遍規律，軟件會對物種的實際存活時間設置上限和下限，從而推導出所有 1.1 萬種物種的存在時間和誕生順序。

這需要十分龐大的計算資源，在 “天河二号” 超級計算機上花費了大約 700 萬個核小時。

使用這種方法，研究團隊能夠了解到很多已知事件的更多詳細資料，例如我們熟知的二疊紀末期大滅絕和寒武紀大爆發。分析表明，物種多樣性在二疊紀大滅絕之前的 8 萬年中就開始呈現下降趨勢，而大滅絕最終持續了大約 6 萬年。

這些發現也使人們懷疑是否真的存在一些規模較小的滅絕事件，比如發生在中二疊世與晚二疊世過渡時期的瓜德魯普統末期生物滅絕——目前普遍認為很多海洋類生物在這段時期消失了。

專注研究這一時期脊椎動物多樣性的古生物學家 Mike Benton 表示，這項研究“顯示出大數據帶來的驚喜相當驚人”。

Benton 還希望看到這種努力可以繼續向現代延伸，尤其是過去的一億年間。雖然這一時期動物多樣性出現了明顯增加，但古生物學家對造成這種現象的原因存在較大分歧，一些人認為這是抽樣偏差導緻的結果。相關辯論已經持續了很長時間，這一億年的變化是辯論的核心。

該研究的合著者、南京大學古生物學家 Norman MacLeod 還表示，團隊在繪制基于時間尺度的生物多樣性變化表，可以跟環境和氣候變化表進行對比，有望揭示生物多樣性變化的根本原因。

總體來說，樊隽軒團隊的方法對于發現和解釋較小規模的滅絕非常有價值，這與當下正在發生的滅絕非常相似。

Wagner 認為，“對于某些生物群來說，小規模滅絕出現的時間跨度可能是‘糟糕的一周，也可能是糟糕的 10 萬年’。當我們提升生物多樣性研究的精确度後，就像打開了一扇新的大門，可以測試和找出有哪些微小的轉折事件，對未來的多樣性保護起到借鑒作用。”

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