始新世-渐新世过渡期（Eocene-Oligocene Transition, EOT；约3390万年前）是地球气候由“温室”状态向“冰室”状态转变的关键节点。当时，南极大陆冰盖开始形成，全球气候与环境发生剧烈重组。海洋生物如何应对这场环境剧变，是理解深时气候-环境-生命协同演化的核心科学问题之一。
长期以来，受限于传统化石数据集的时间分辨率不足，学界对这一时期生物演化的认知往往被简化为一次单一的灭绝事件。尤其是浮游有孔虫（生活在海水表层）、大底栖有孔虫（主要生活在浅海温暖的海底）和小底栖有孔虫（从浅海到相对较深的海底均有分布）——这三类生态习性存在显著差异的生物类群，其多样性变化是同步发生，还是表现出明显的阶段性与生态分异？这一科学问题始终悬而未决。
为破解这一难题，研究团队利用自研的地层古生物大数据平台——OneStratigraphy，系统收集并整合了全球161条地层剖面和钻井的有孔虫化石资料。经过严格的数据清理与筛选，最终获得了1269个有孔虫物种的约4万条化石产出记录。在此基础上，他们创新性地开发了受人工智能启发的新一代定量地层学算法——基于演化算法的约束最优化法（Constrained Optimisation-Evolutionary Algorithm，CONOP.EA）。该算法的核心思路是：把每一个可能的全球地层对比方案模拟成一段“DNA”，然后让这些“DNA”像生物一样，经历变异、重组和自然选择，通过“优胜劣汰”不断进化（图1），最终筛选出最合理、最一致的地层对比结果。值得一提的是，基于pg电子官方网站人工智能学院近期在演化学习理论方面的进展[Zhou, Yu, Qian, 2019]，团队在演化算法部件上进行了多项创新，包括基于领域知识的解初始化、基于学习的自适应变异、基于多样性的重组，大幅提升了算法效率，例如在始新世-渐新世过渡期海洋有孔虫数据集上，较CONOP.SAGA算法[Fan et al., Science’20]，提升效率约23倍，这使得CONOP.EA可用于大规模的化石记录数据，绘制高分辨率生物多样性变化曲线。借助这一方法，研究团队成功构建出一条跨越28百万年（48至20百万年前）、时间分辨率达2.9万年的全球高分辨率有孔虫多样性曲线。
图1. CONOP.EA算法流程示意图。该算法首先通过初始化生成一批地层对比结果的初始解，将其模拟为生物的DNA序列；随后对这些DNA序列不断进行突变（对单个序列进行小幅调整）和重组（随机选择两个序列进行交叉，实现大幅调整），生成新的DNA序列；接着通过自然选择的“优胜劣汰”过程，保留相对更优的序列，淘汰排名靠后的序列；经过反复迭代，最终获得一个最优的DNA序列，即涵盖所有剖面和钻井化石记录的最优地层对比结果。
基于这一全新的曲线，研究团队取得了多项突破性认识。首先，从48Ma至20Ma的漫长地质历史中，有孔虫总体物种丰富度呈现出两次上升和两次下降的阶段性变化，并可精准识别出五个关键演化事件：卢泰特期丰富度上升事件、巴顿期丰富度下降事件、早普利亚本期辐射事件、始新世-渐新世之交灭绝事件，以及吕珀尔期丰富度持续衰退事件（图2），其中四个事件均为首次被正式命名。这一结果有力地证明，EOT前后的海洋微体生物演化并非一次简单的“脉冲式”灭绝，而是一个包含新生、灭绝与演替的复杂过程。
图2. 全球有孔虫物种丰富度总多样性及相关演化速率变化。
尤为关键的是，三类有孔虫对EOT环境变化的响应机制截然不同。浮游有孔虫和大底栖有孔虫在晚始新世过渡早期保持相对稳定，但在早渐新世南极冰盖大规模形成之际遭遇了显著的物种灭绝；相比之下，小底栖有孔虫在晚始新世早期经历了一轮显著辐射，随后步入了漫长的衰退期。
进一步的综合分析表明，不同生态类群的演化与特定环境因子紧密相关。浮游有孔虫和大底栖有孔虫由于生活在海水表层或浅海区域，其丰富度变化与海表面温度及海平面升降关联更为紧密；而小底栖有孔虫由于生活在相对较深的环境，因此容易对碳循环波动和深海温度变化表现出更高的敏感性。这表明，EOT期间的海洋生态系统对环境突变的响应具有显著的复杂性和生态分异性，不能简单归结为单一驱动机制。这也是首次利用高时间分辨率的化石多样性数据与环境指标数据，准确揭示出这一精细的生物-环境协同演化模式。
该研究不仅为理解深时重大生物事件提供了新的高分辨率证据，更凸显了高质量化石数据库、定量地层学方法与人工智能算法三者深度融合在古生物多样性研究中的巨大潜力。这一方法上的创新，有望为深时生命-环境协同演化研究提供新的范式。
上述研究成果以“Complex marine ecological response during the Eocene-Oligocene revealed by global foraminiferal record”为题，于2026年3月14日在线发表于国际顶尖综合性学术期刊《Nature Communications》（DOI: 10.1038/s41467-026-70541-w）。论文第一作者为鲁铮博、薛轲、邓怡颖，共同通讯作者为樊隽轩、钱超和史宇坤，其中，樊隽轩教授、史宇坤教授和博士生鲁铮博来自pg电子官方网站，钱超教授和博士生薛轲来自pg电子官方网站人工智能学院，邓怡颖来自合肥工业大学资源与环境工程学院。这也是樊隽轩、史宇坤和钱超三位教授自2021年3月启动“人工智能赋能深时生命演化研究”的长期合作以来，取得的首个代表性研究成果。该研究由国家科技重大专项、国家自然科学基金、英国自然环境研究委员会、西班牙国家科研计划、pg电子官方网站、江苏省前沿技术计划及江苏省国际科技合作计划等共同资助。
文章信息
Lu, Z., Xue, K., Deng, Y., Fan, J., Fang, P., Wade, B.S., Alegret, L., Benton, M.J., Wu, Y., Qian, C., Hou, X., Shi, Y., Sadler, P.M., Xu, H., Zhou, Z.-H. & Shen, S. Complex marine ecological response during the Eocene-Oligocene revealed by global foraminiferal record. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70541-w
图文：鲁铮博、薛轲、邓怡颖
审核：史宇坤
