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金凤
在4.9-4.7亿年前和3.4-3亿年前，地球经历了生物多样性的两次快速增长，而当时的全球气候逐渐变冷。经过多年的研究，南京大学范俊轩教授和沈钟书院士及中国科学院南京地质古生物研究所团队，在“天河二号”超级计算机的帮助下，运用大数据、超级计算和遗传算法等新方法和手段，获得了全新的寒武纪-早三叠世海洋无脊椎动物复杂多样性曲线。统计时间分辨率已从1000万年提高到约26000年，比类似国际研究的精度高400倍，更准确地再现了地质历史上三次大规模灭绝和两次重大生物辐射事件的精细过程1月17日，研究结果发表在《科学》杂志的网上
17的计算可在2-3天内完成。
生命的进化有三个基本问题，即地球上复杂的生态系统是如何形成的？生命是如何从一种形式进化到另一种形式的？在人类出现之前，地球生物圈中有没有灾难和生物多样性事件？如今，地球上99%以上的生物已经灭绝，但只有少数能作为化石保存下来。如何通过不完整的化石记录重建地球历史生物多样性的变化规律是一个重大的科学问题。
”在20世纪80年代和90年代，显生宙科层和属层生物多样性曲线能够准确估计保存在地层剖面中的海洋化石反映的不同时代的信息，时间跨度超过800万-1000万年。如果你想建立一个更精确的时间尺度，看看在更短的时间内地球上发生了什么样的生命进化，你需要完成大量化石生物多样性的计算。南京大学地球科学与工程学院副教授史玉坤表示，当物种数上升到10，000时，用传统计算机计算需要17.3年。在地球历史上，发生了重大的生态和环境变化，导致了许多大规模灭绝利用古生物学数据库重建全球地质历史生物多样性模型，揭示地球生命的演化历史及其与环境变化的关系，可以为理解当前地球生物多样性危机提供重要启示。
团队的研究人员表示，前人使用的低分辨率、不均匀的时间尺度，难以准确再现生命进化的精细过程，将直接影响对古代生物多样性的估计，导致无法准确评估生物多样性变化的速率和模式，并可能掩盖突发重大事件和短期剧烈波动。
为了建立5.4亿年至2.4亿年前的海洋生物多样性曲线，南京大学寒武系至早三叠世、范俊轩教授等收集了大量地层剖面和化石记录，从中选取了3112个地层剖面和11268个海洋化石种的26万个化石数据。
如何允许这些海量数据准确快速地分析地球上生命的进化信息？史玉坤表示，研究团队将模拟退火算法和遗传算法相结合，独立开发了一种基于并行计算的约束优化方法——CONOP。冒险故事他们使用天河2号超级计算机，经过反复计算和验证，将只能在17年内完成的计算提高到2-3天，最终获得了全新的寒武纪-早三叠世海洋无脊椎动物复合多样性曲线，将生物多样性分辨率从1000多万年提高到26000年，精度提高了约400倍。
”以前关于化石生物多样性的统计分析数据非常粗略，每个时间段跨越约1000万年。然而，通过大数据、超级计算和定量技术，我们可以精细地看到几万年来生物多样性的变化和环境的变化，这为当今生物多样性如何受到环境和气候的影响提供了重要的启示。”中国科学院院士、南京大学教授沈钟书说
4.9-4.7亿年前和3.4-3亿年前，全球变冷，生物多样性增加了
新建立的多样性变化曲线，更准确地再现了地质历史上三次重大生物灭绝事件和两次重大生物辐射事件的精细过程25.6+
25.2亿年前，地球经历了迄今为止人类认识到的最大的灭绝事件，导致大约80%的海洋生物在数万年内迅速灭绝。这一事件的发生与当时全球气候的迅速变暖密切相关。
此外，在这项研究中，研究人员发现，在4.9-4.7亿年前的中、晚奥陶世和3.4-3亿年前的石炭纪-二叠纪，全球气候变冷，海洋平均温度下降约5度，但生物多样性显著增加。这对我们理解人类活动引起的第六次生物灭绝及其与全球气候变化的关系具有重要的科学价值”沈钟书说道
地质历史中生物多样性的重大变化通常伴随着环境的剧烈波动。本文选取了与气候变化密切相关的六个环境指标，包括碳、氧、锶同位素、沉积物质总量、大气二氧化碳含量等
”我们希望找到最关键的生物多样性变化节点。相应的环境变化是什么？”史玉坤表示，虽然这些环境指标仍然缺乏更精细的时间尺度，但初步分析显示，大气二氧化碳含量与生物多样性密切相关。“例如，生物多样性的变化与二氧化碳浓度之间的对应关系在早古生代是0.7，而在晚古生代是0.52。二氧化碳浓度的变化和生物多样性的变化可能是由相同的因素引起的，但究竟需要进一步研究什么据报道，这项研究是地球科学和数据科学相结合的一项突破。“深空数字地球”(DDE)是由中国科学家发起，2019年由13个国际组织和机构共同赞助的国际大科学项目，致力于构建全球地球科学家和数据科学家之间合作与交流的国际平台，促进大数据时代地球科学的创新发展。在动态数据交换计划的框架下，基于全球地质大数据和更高效的超级计算方法，将实现完整生命演化史的重建。资料来源:科技日报
