當今世界處于冰室氣候狀態，氣候總體偏冷，南北兩極常年冰封。在恐龍時代直至3400萬年前，地球處于溫室氣候狀態，整體氣候更為溫暖。大約3400萬年前，地球經歷了一次全球范圍的降溫事件，南極大陸形成大規模冰蓋，全球從相對溫暖的“溫室狀態”轉為較冷的“冰室狀態”。這場持續了數千萬年的氣候變化，深刻改寫了海洋生命的命運。
近日，南京大學樊雋軒、錢超、史宇坤教授團隊聯合國內外多家科研機構，通過全球海洋有孔蟲化石記錄，首次高分辨率重建了這一時期海洋生物多樣性的變化歷程。研究發現，海洋生命對這場氣候劇變的響應，遠比我們想象的更復雜。
“明星化石”有孔蟲藏著古海洋的秘密
研究的主角是一類叫有孔蟲的微體海洋生物（圖1），個體微小，卻是古海洋學界的“明星化石”——分布廣、演化快、殼體易保存為化石，是科學家追蹤古氣候和海洋生態變化的絕佳“記錄員”。當時的有孔蟲可分為三類生態習性各異的類群：浮游有孔蟲生活在海水表層，大底棲有孔蟲主要生活在淺海溫暖的海底，小底棲有孔蟲則分布范圍較廣，從淺海到相對較深的海底均有分布。
圖1. 掃描電子顯微鏡下的有孔蟲化石圖像（由論文作者之一Bridget Wade教授拍攝）研究團隊利用自研的地層古生物大數據平臺——OneStratigraphy，系統整合了全球161條地層剖面和鉆井的化石數據，經過嚴格篩選，最終獲得1269個有孔蟲物種、約4萬條化石產出記錄。
人工智能看透海洋生命“一舉一動”
為了從海量數據中還原出真實的演化歷程，古生物學家和人工智能專家聯手，創新性地開發了受人工智能啟發的新一代定量地層學算法——基于演化算法的約束最優化法（Constrained Optimisation-Evolutionary Algorithm，CONOP.EA）。該算法的思路很有意思：把每個可能的全球地層對比方案模擬成一段“DNA”，然后讓這些“DNA”像生物一樣經歷變異、重組和自然選擇。每一代“DNA”中，更優的方案被保留，較差的被淘汰。經過無數次的迭代，最終篩選出最合理、最一致的地層對比結果（圖2）。
圖2. CONOP.EA算法：像生物進化一樣“優勝劣汰”，找出最優解借助這一方法，研究團隊成功構建出一條自4800萬年前至2000萬年前、具有高時間分辨率的全球有孔蟲多樣性曲線。這也是科學家第一次能以如此精細的尺度看清這場氣候轉折期海洋生命的“一舉一動”。
研究得出結論：不是“集體滅絕”，而是“各奔前程”。高分辨率數據帶來了全新的科學認識。研究團隊發現，始新世—漸新世過渡期的海洋生態變化是一場長時間的、不同類群命運各異的生態重組。其中，浮游有孔蟲和大底棲有孔蟲由于生活在相對淺水的環境中，更容易受到海表面溫度和海平面變化的影響，并在南極冰蓋大規模形成之際遭遇明顯的物種滅絕；而小底棲有孔蟲則在晚始新世早期經歷了一輪顯著輻射，物種快速增加，之后才進入漫長的衰退期，它們的變化更多地反映了深海環境和碳循環的波動。換句話說，同樣一場全球降溫，不同“住戶”的命運卻截然不同。
揭秘塵封3400萬年的海洋故事
這項研究的意義，不只在于還原了3400萬年前氣候快速變化下的海洋故事——更重要的是，它為今天理解生物多樣性如何響應全球變化提供了來自“深時地球”的重要參照。
研究表明，當地球系統被重新塑造時，生物多樣性的變化往往不是同步發生的，而可能表現出明顯的階段性、差異性和滯后性，這與不同生物類群各自的生活環境密切相關。幾千萬年前的海洋變化并不是一段遙遠而陌生的歷史，它像一面來自“深時地球”的鏡子，提醒我們：當地球系統被重新塑造時，生命的命運不會簡單重演，而會以復雜而分化的方式展開。今天，我們正面臨又一次全球變化的挑戰，雖然這次不是變冷而是變暖，但化石記錄中保存的這些遠古生命興衰，也許能幫助我們更清楚地預見未來。