樊隽轩教授、沈树忠院士团队探究成果入选“2020年中国十大技术进展资讯”
（神秘的地球uux.cn报导）据新华报业网（交汇点采编 杨频萍）：生命的史诗与生物演化共舞。如何再现远古生命的恢弘史诗？1月20日，2020年中国十大技术进展资讯揭晓，南京大学、突发苹果新品汇总中国科学院南京地质古生物所的樊隽轩教授、沈树忠院士团队的成果入选。
采编知晓到，团队在“天河二号”超级计算机扶持下，让大资料和超算等新技术与古老化石的碰撞，绘制出全球第一条高精度的古生代海洋生物多样性转变曲线，较海外同类探究的精度提升了400倍左右。该成果于上一年1月17日在《科学》杂志以长文形式在线发表。
重建生命历史，石头‘天书’为何难读？
生命起源与演化是全球十大科学之谜，也是《科学》杂志列出的125个重大科学难题之一。
要回溯并重建远古生命的历史，必须要依靠一本本“石头书”。
沈树忠院士科普道，“当走进科罗拉多大峡谷，你会目睹厚厚的地层，那就像一本硕大无比的‘石头大书’，岩石中各类各样的化石包含地质信息，就像是书里的文字。生命演化的真谛保存在各类地层记录之中，化石记录是唯一开启地球生命历史进程的窗口。”
但是这本“天书”并不易读。一方面，化石的“文字”就像遗失的古代书简，已然残缺不全，“如今，地球上曾经日常过的生物中99%以上已然灭绝，但只有很少一若干能保存为化石。独家汪涵指南”而另一方面，现有的化石记录散落在各地，数量不小且相当零碎。
在全部地球历史上，或许存在过的物种也许在40亿种之多，要重启生命演化的整体历史，先是要把那些已然消失的物种尽或许多地都统计在内。
沈树忠说明，早在上个世纪70，80年代着手，就有人着手将化石记录收集起来，美国芝加哥大学的古生物学家杰克·塞科斯基（Jack Sepkoski）耗费了十多年的时间，收集北美、欧洲等地的化石记录，兴办了第一个较为完整的古生物资料库，“地球的历史太长了，他的时间单位只能做到以千万年计算，也就是统计每千万年里的海洋生物科的数目。”
1982年，杰克·塞科斯基和大卫·骆普（David Raup）兴办了第一条自 6 亿年以来地球生物的多样性曲线，人们获知，自6亿年前到4亿多年前之间，生物多样性高效增多，其后发生了五次生物大灭绝，分别发生在约4.4 6亿年前的奥陶纪末、3.64 亿年前的泥盆纪晚期、2.52 亿年前的二叠纪末期、2 亿年前的三叠纪末期和6600 万年前的白垩纪末期，最近的这一次生物大灭绝导致了恐龙在地球上消失。
1998年，在美国全国自然科学基金委的扶持下，一批美国与欧洲的古生物学家联合，发起了一个大型的刚刚欧洲艺术片指南古生物资料库项目，2008年，这些科学家重新计算了过去六亿年的地球生物多样性曲线，尽管资料库远比之前的繁琐，但由于时间尺度依然是以千万计，会直接作用对古生物多样性的估算，导致无法精确评估生物多样性的转变速率和模式，“换句话说，低于这个1000万年以下的大的突发性重大生物事情，将无法确认，漫长生命史中短时间的剧烈波动也或许遗漏。”
在此次探究中，团队收集了众多的地层剖面和化石记录，从中遴选了3112个地层剖面、11268个海洋化石物种的26万个化石资料。“这些化石占中国化石总量的80%，分布在各异区域各个角落，如何零星的点，串起来完整的历程曲线？”沈树忠强调，像这样经由不完整的化石记录重建地球历史生物多样性的转变规律是一个重大科学难题。
超算，将“编年史”融合为一本史诗
如何在更精确的时间尺度上，重建生命演化的历史？樊隽轩教授告诉采编，在拥有了海量化石记录之后，探究还需要做到两个方面的革新，“针对这些古生物大资料的全新算力开展计算；另外我们还需要强大的算力。”
樊隽轩告诉采编，由于化石中携带了众多信息需要甄别，所以传统的方法已然不再适合使用。“化石存在保存和采样的强度的差别，不是所有的动物死后都能变成化石，也不是所有的化石都能被察觉，所以我们找到的各个化石呈现和消失的时间往往不完整，只会是春季关注明星动态，引发网友热议化石真实寿命的一个‘子集’。这就导致一个难题，那就是化石的呈现或消失的先后顺序或许会不精确。”
樊隽轩打了个比方，比如在各异史书当中，李白和杜甫的出生时间记录或许各异，拿一本书单独看或许会发生误差，我们可以将每个化石挖掘点找到的化石记录，看成是一本化石编年史，每本编年史都是不完整的，“有的记录了李白出生更早，有的则是杜甫更早，我们需要融合起来开展比对，再挑选其中概率最大的一种或许性。”
为什么计算机需要庞大的算力呢？由于假如是拿两个物种的化石对比，他们相互之间的关系有六种，当三种物种对比，相互关系就有90种或许性……“当统计的物种数量上升到1万个时，传统计算机运算需要17年！”樊隽轩说，要获得这样的时间分辨率，必须使用超级计算机。
2015年着手，团队在超级计算机上开发新的算力，“天河二号”上部署的这一超算版次，也是首次在超级计算机上管理的地层学程序。“这一技术革新，让过去17年才能达成的计算提升到2-3天就能达成。”樊隽轩说。
樊隽轩强调，探究团队花费了两三年时间，结合模拟退火算力和遗传算力，自主开发了一套针对生命演化确认的算力。自主开发了基于并行计算的约束最完善方法-CONOP.SAGA，最后获得了全新的寒武纪-早三叠世海洋无脊椎动物的复合多样性曲线，将生物多样性的分辨率从1000多万年精细到2.6万年，较海外同类探究的精度提升了400倍左右，新兴办的多样性转变曲线更为精确地重现了地质历史中最大的三次生物灭绝事情和两次重大生物辐射事情的精细过程。
全球变冷时，地球生命最辉煌？
生物多样性的曲线精确到令人惊叹，但其背后的价值，与人类本身有关。
“知晓地球上生命的演化历程，是人类知晓自身由来、以及前方演化的重大手段。” 沈树忠强调，“我们必须回答生命演化中三个基础难题，现今繁琐生态操控系统是如何形成的？生命如何从一种形式演化到另一种形式？深时生物圈中是否存在灾变和多样化事情，这些都需要进一步探索过去的生物多样性。”
另外，地质历史中生物多样性的重大转变，通常也伴随着生态的剧烈波动。在地球历史中，曾经发生过重大的生态操控系统和生态的突变，导致了多次生物大灭绝事情。
沈树忠说明，运用古生物资料库重建地质历史全球生物多样性模式，揭示地球生命的演化历史，以及与生态转变之间的关系，可以为知晓当前的地球生物多样性危机提供重大启示。
“我们将碳、氧、锶同位素、沉积物质总量、大气二氧化碳含量等一些与气候密切有关的生态指标参数与我们的多样性曲线开展了初步的较为，察觉生命的兴衰与大气二氧化碳的转变存在同步的现象。” 樊隽轩说，从新兴办的古生代海洋生物多样性演变曲线可见，2.52亿年前发生了人类迄今为止确认出的最大规模的生物灭绝事情，导致约81%的海洋生物在数万年内迅速灭亡，这一事情的发生，与当时全球气候的高效升温密切有关。
而代表“地球生命辉煌阶段”的重大生物辐射事情，两次分别发生在4.9-4.7亿年前和3.4-3亿年前，并均与当时全球气候的逐步变冷同步。沈树忠强调，有资料强调当下地球上正历程前所未有的生物大灭绝事情当中，当今地球是否处于一次生物大灭绝之中？假如是，如何阻止？ “全球变暖是当今地球生态操控系统恶化的主因吗？前方我们或许需要兴办高时间分辨率的生态因素曲线，与生物多样性曲线开展更为精确、可靠的对比确认。”依据化石记录重建的生物多样性转变与生态演变历史是能给我们答案的唯一途径。
有关报导：2020年中国十大技术进展资讯亮相 化石大资料+超算，绘制地球3亿年历史
（神秘的地球uux.cn报导）据南京晨报（爱南京采编 王晶卉）：几亿年前的远古地球上，演绎着什么样的生命历程？1月20日上午，2020年中国十大技术进展资讯亮相，南京大学地球科学与工程学院樊隽轩教授和沈树忠院士领衔的探究成果顺利入选。该团队借助超算、大资料等现代技术手段，绘制出地球3亿多年生命演化的历史！
搜集化石记录并非易事
生命起源与演化是全球十大科学之谜之一。据知晓，地球上曾经日常过的生物99%以上已然灭绝，而经由化石记录知晓生物演化历程，是认识地球的生物多样性现状与人类居住生态前方进展走向的重大途径。
“当走进科罗拉多大峡谷，你会目睹厚厚的地层，那就像一本硕大无比的‘石头大书’，岩石中各类各样的化石包含地质信息，就像是书里的文字。”沈树忠院士说，生命演化的真谛保存在各类地层记录之中，化石记录是唯一开启地球生命历史进程的窗口。
但是，搜集化石记录并非易事，很多生物已随时间湮灭，只有很少一若干能保存为化石。如何经由不完整的化石记录重建地球的生命演化进程是一个重大科学难题。从上世纪七八十年代起，欧美一些古生物学家就着手着手兴办古生物资料库，但是由于地球历史过于漫长，时间单位只能做到以千万年计算，难以重现生命演化的精细过程。
耗时17年的计算两三天达成
据知晓，南大科研团队与中科院南京地质古生物探究所等境内外单位兴办，历时多年，遴选出3112个地层剖面，以及11268个海洋化石物种的26万条化石资料，自建了庞大的化石大资料库。
如何高效处理这些海量的资料？过去，科学家们通常使用相对简易粗糙且不均一的时间标尺开展确认，难以精确评估生物多样性的转变速率和模式，并或许掩盖突发性的重大生物事情。而此次科研团队则运用超级计算机“天河二号”开发出了新的算力。
“计算速度的大幅提升，是这项探究能获得重大革新的前提。经由我们开发的全新算力，我们将17年才能达成的计算提升到两三天就能达成！”樊隽轩说。经过反复计算和测试，团队获得了全球第一条高精度的古生代3亿多年前的海洋生物多样性转变曲线，其时间分辨率约为2.6万年，较海外同类探究的精度提升了400倍。
新曲线精确刻画出地质历史中规模最大的三次生物灭绝事情以及两次重大生物辐射事情的精细过程。《Science》评述该探究“将合作全部演化古生物学的变革”，《Nature》评述“古生物学家以惊人的详情绘制出地球3亿年历史”。
史上生物灭绝事情警示后人
探寻地球生命演化的价值是什么？沈树忠说，我们必须回答生命演化中三个基础难题，现今繁琐生态操控系统是如何形成的？生命如何从一种形式演化到另一种形式？生物圈中是否存在灾变和多样化事情，这些都需要进一步探索过去的生物多样性。
“这项探究获得了全新的化石多样性资料，重现了地质历史时期所发生的三次最大的生物灭绝事情的精细过程。”沈树忠说，其中2.52亿年前发生了人类迄今为止确认出的最大规模的生物灭绝事情，导致约81%的海洋生物在数万年内迅速灭亡，这项成果针对我们认识当今人类促销导致的第六次生物大灭绝以及与全球气候转变之间的关系，有着重大的科学价值。
另外，在此次探究中，探究人员察觉，4.9亿-4.7亿年前的中晚奥陶世和3.4亿-3亿年前的石炭-二叠纪，全球气候变冷，海洋平均温度下降5℃左右，但生物多样性却大幅增多。
沈树忠强调，运用古生物资料库重建地质历史全球生物多样性模式，揭示地球生命的演化历史，以及与生态转变之间的关系，可以为知晓当前的地球生物多样性危机提供重大启示。
附：2020年中国十大技术进展资讯
1、嫦娥五号探测器达成我国首次地外天体采样返回之旅 科学探究开启；2、北斗三号最后一颗全球组网卫星发射顺利 北斗全球操控系统星座部署达成；3、深潜再传捷报 我国无人潜水器和载人潜水器均获得新革新；4、我国率先做到水平井钻采深海可燃冰；5、科学家找到小麦“癌症”克星；6、科学家达到“量子计算优越性”里程碑；7、科学家重现地球3亿多年生物多样性转变历史；8、我国最高参数“人造太阳”建成；9、科学家攻克20余年悬而未决的几何难题；10、机器进修模拟上亿原子：中美团队获2020高表现计算使用领域最高奖项戈登贝尔奖。
有关报导：科学家重现地球3亿多年 生物多样性转变历史
（神秘的地球uux.cn报导）据金陵晚报（通讯员 南大萱 融传媒采编 谈洁）：如何再现远古生命的恢弘史诗？1月20日上午，“2020年中国十大技术进展资讯”结局亮相，南京大学樊隽轩教授、沈树忠院士的探究成果入选。该团队在“天河二号”超级计算机扶持下，让大资料和超算等新技术与古老化石的碰撞，绘制出全球第一条高精度的古生代海洋生物多样性转变曲线，较海外同类探究的精度提升了400倍左右。
生命起源与演化是全球十大科学之谜之一。要回溯并重建远古生命的历史，必须要依靠一本本“石头书”。“当走进科罗拉多大峡谷，你会目睹厚厚的地层，那就像一本硕大无比的‘石头大书’，岩石中各类各样的化石包含地质信息，就像是书里的文字。生命演化的真谛保存在各类地层记录之中，化石记录是唯一开启地球生命历史进程的窗口。”沈树忠说。
地球上曾经日常过的生物99%以上已然灭绝，经由化石记录重建地球生物多样性转变的历史，知晓生物演化历程，是认识地球的生物多样性现状与人类居住生态前方进展走向的重大途径。樊隽轩教授和沈树忠院士的科研团队，与中科院南京地质古生物探究所等境内外单位兴办，遴选出3112个地层剖面，以及11268个海洋化石物种的26万条化石资料，自建大型资料库，自主开发AI算力，运用“天河二号”超算获得革新，获得了全球第一条高精度的古生代3亿多年前的海洋生物多样性转变曲线，其时间分辨率约为2.6万年，较海外同类探究的精度提升了400倍。
新曲线精确刻画出地质历史中规模最大的三次生物灭绝事情以及两次重大生物辐射事情的精细过程。该成果于2020年1月以Article形式发表于Science。Science评述该探究“将合作全部演化古生物学的变革”，Nature评述“古生物学家以惊人的详情绘制出地球3亿年历史”。
探究团队察觉，从新兴办的古生代海洋生物多样性演变曲线可见，2.52亿年前发生了人类迄今为止确认出的最大规模的生物灭绝事情，导致约81%的海洋生物在数万年内迅速灭亡，这一事情的发生，与当时全球气候的高效升温密切有关。而代表“地球生命辉煌阶段”的重大生物辐射事情，两次分别发生在4.9亿-4.7亿年前和3.4亿-3亿年前，并均与当时全球气候的逐步变冷同步。
沈树忠强调，期盼可以在现有基础上，进一步完善全球化石样本资料，采集更多全球范围内的化石记录，前方可以把全部地球历史的化石记录都做到自主开发的大资料库里，合作更好地认知地球生物多样性现状和规律，在更精确的时间尺度上，重建生命演化的历史，进而给地球和人类的前方走向更多启示。
中国十大技术进展资讯年度评选促销由中国科学院和中国工程院主办，至今已举行了27次，使大众进一步知晓境内外技术进展的动向，对宣传、使用科学技术起到了积极作用。