□ 南京日报/紫金山新闻记者 何洁
既然是地层古生物学家，办公室里自然少不了各种各样的“石头”。果不其然，3月9日，记者走进中国科学院院士、南京大学地球科学与工程学院教授沈树忠的办公室，仿佛步入一个微缩的自然博物馆。来自伊朗高原、西藏阿里，甚至北极圈等全球各地的岩石与化石，错落有致地放置在书柜前。
“这些都是我目前正在研究的石头。”随手拿起一块，观察片刻，沈树忠便能推测出手中化石形成的大致年代。常年奔走在野外采样，带领团队借助超级计算机和大数据手段做研究，这位深耕地层古生物学数十年的科学家，正试图用一块块记录时间的“碎片”还原地球数亿年的生命演化史诗。
以“石头”为舟,探寻生命演化之谜
沈树忠院士团队的主要研究方向是用化石还原地球过去的生命演化与环境变化历史，尤其专注于2.52亿年前，地质历史上最严重的一次生物灭绝事件发生前后的生命与环境演化。
“地质古生物学的核心思想是‘以古推今’。”沈树忠解释，通过研究过去地球生命如何应对环境剧变，可以为理解当今全球变暖等环境问题提供参照。他将这门学问比作“福尔摩斯探案”，科学家需要从碎片化的化石记录中抽丝剥茧，拼凑出地球生命演化的完整故事。
野外采样是古生物学研究的“必修课”。“1994年，我们在希夏邦马峰附近采样，当时没有住宿条件，只能野外搭帐篷，附近还有狼出没。”沈树忠回忆，他和向导挤在一个帐篷里过夜，前一天还晴空万里，第二天醒来却发现漫山遍野都被白雪覆盖。
如今野外考察条件已有极大改善，但挑战依然存在。2024年夏天，他带队前往北极。出发前，所有人必须先完成防北极熊射击训练，通过考核，还要完成冰海水下自救训练。“夏天北极气温在零摄氏度左右，24小时白昼，采样工作从早进行到晚，午饭就是简单的面包片夹火腿。”沈树忠向记者展示了一张“满腿都是蚊子”的照片，“虽然温度不高，蚊子却特别多，追着人跑。但在这样的条件下，我们坚持完成采样任务。”
不惜千里甚至万里将样品带回，研究的序幕才真正拉开。化石研究的基础方法是先通过形态鉴定生物种类，再结合其演化规律，推测化石形成的时间与当时的地理环境。汇总全球科学家的研究结果，就能逐步还原地球几十亿年的演化历史。
“办公室里的这批石头大概什么时候能研究明白、出成果？”记者好奇地问。沈树忠坦言，不同化石能提供的信息量差异很大，每一块标本的研究周期，取决于其包含的物种丰富度和信息量。“研究的魅力与不确定性并存。野外采样时，有时无法提前确定石头中是否存在目标化石。团队曾在西藏采集300多块样品，花费大量时间与精力，最终却未发现期望的化石。但做科研就是一次次试错，只有接受这样的常态，总结经验，才能踏踏实实往前走。”
给化石建“数据库”，绘制生物多样性高精度曲线
在很多人印象里，地质古生物学是“举着放大镜找化石”的传统学科，但沈树忠院士团队的实验室里，一场由大数据和超级计算机驱动的科研变革早已悄然发生。
从2018年本科阶段进入沈树忠院士团队起，南京大学博士生张书涵就走上了一条与众不同的科研路。“传统古生物学研究往往是找到一块化石，鉴定、描述、发表。但沈老师给的题目很特别，他让我尝试用数理统计和大数据方法研究生物多样性。”张书涵介绍，他的主要任务是定期从不断增长的“数据海洋”中提取数据，重新计算、反复验证。
“早期我们只能靠Excel手工统计，但数据量爆炸式增长后，普通计算机已经无法满足需求，必须寻求超算的帮助。”沈树忠介绍，团队从2006年起便开始布局大数据研究方向。此后，团队设计出比传统方法快6000倍以上的超级计算机程序，依托“天河二号”的强大算力，攻克了古生物大数据研究的一个个核心难题——对全球不同区域发现的化石进行精确时间排序。
这绝非易事。“7种化石的潜在时间关系就有近700万种可能，而当化石种类增至100种，可能性更是达到10的300次方。”沈树忠介绍，如今，团队开发的程序可轻松完成对一万种以上化石的排序计算，为重建地球生命演化史提供了强大工具。
这项技术突破最终催生出重磅成果。他们团队通过建立早期地球化石大数据，利用超算和人工智能等分析方法，首次绘制了地球从20亿年前到5亿年前，这个长达15亿年的“沉闷的十亿年”的全球生物多样性变化曲线。曲线清晰地揭示：6亿多年前，地球生命突然迎来一轮快速上升与剧烈波动；而随后的“寒武纪大爆发”，更是将生物多样性推高了数倍。这一成果，为人类理解早期生命演化打开了全新视野。
科研之外还是运动达人，下一站向“离南极最近处”出发
在国际地质学界，能参与界定一颗“金钉子”，是一项至高荣誉。2025年6月18日，沈树忠代表国际地层委员会在贵州剑河亲手打入了一颗“金钉子”，这不仅是实地的物理标识，更代表了中国科学家对全球地质年表的重要贡献。
何为“金钉子”？沈树忠解释，它是全球年代地层单位界线层型剖面和点位的俗称，是划分地球历史各时代的全球唯一标准。“就像中国历史划分唐宋元明清朝代一样，地质学家将地球历史划分成不同‘代’‘纪’‘世’，每一道‘界碑’都以某类特定化石的首次出现作为标志。”
目前全球总共有102个“金钉子”点位，其中82个已经完成界定。中国已经成功界定了11个“金钉子”，在地层学研究领域处于全球领先地位。“申报‘金钉子’需要满足两个核心条件：一是目标点位地层出露完整，二是研究充分，标志化石从‘金钉子’点位开始首次出现的证据确实可靠。”沈树忠说，这往往需要投入大量时间和精力进行研究。“目前，中国团队还有多个未确定的‘金钉子’点位在研，我们也在加紧这方面的研究，这也是一项争得国家荣誉的工作。”
作为团队负责人，沈树忠的另一项核心职责是培养年轻人。“我负责为他们提供研究支撑，带领他们进入领域前沿，教会他们从野外采样、室内分析到文章写作的完整研究流程。”沈树忠告诉记者。
科研之外，运动是沈树忠生活里不可或缺的一部分，办公室一面墙上摆满了各类运动赛事的奖杯。“运动是最好的减压方式，羽毛球、网球都是我的爱好。”沈树忠说，长时间伏案工作后，一场球赛能让大脑彻底清空，重新焕发活力。更重要的是，强健的体魄是地质野外工作的“刚需”——在北极，一天徒步20公里以上拖拽样品是家常便饭，“没有好体能，根本撑不下来。”
3月15日，沈树忠团队即将再次启程。这一次，他们的目的地是澳大利亚塔斯马尼亚，那里是离南极最近的可采样区域。2.52亿年前的地球密码，正等待着他和团队去“破译”。