沈樹忠院士 受訪者供圖

沈樹忠，地層古生物學家，中國科學院院士，南京大學地球科學與工程學院教授、博士生導師，南京大學生物演化與環境科教融合中心主任，國際地層委員會副主席。長期從事生命演化與環境變化領域研究。相關研究成果兩度入選“中國科學十大進展”，兩度獲國家自然科學獎二等獎。曾獲國際地層委員會最高金獎、美國地質學會國際榮譽會士獎、李四光地質科技獎、何梁何利基金科學與技術進步獎、全國創新爭先獎等榮譽。

“地球46億年的演化史中，生命曾多次面臨絕境又復蘇，這些記錄寫在地層裡，也給今天的人類寫下一份最誠實的警示錄。如果我們不讀懂它，就可能重復那些地球悲劇。”

——沈樹忠

地層，是記錄地球歷史的“檔案”。那些曾經在地球上綻放生命光華的生物，被埋入地層、經時光塵封，同時也書寫著地球46億年的滄海桑田演變史。

數百年來，全球地質學家採集了海量的岩石和化石樣本。但這些珍貴的樣本像一顆顆散落的珍珠，彼此間缺少有序關聯，人們難以據此拼接出連貫的地球演化脈絡。

這一狀況近期發生了改變。中國科學院院士、國際地層委員會副主席沈樹忠領銜的南京大學團隊與之江實驗室合作，面向全球發布了首個地層學AI大模型OneStrata及智能全球地層剖面對比系統。這些新工具“串珠成鏈”，把地球46億年歷史中的地質記錄按照統一時間標准排序，譜寫地球生命和環境協同演變的“交響曲”。這將使全球地球科學科研人員能夠更高效、智能地進行地層對比和研究，也為人類認識生命起源、資源分布、氣候演變過程，提供核心科學數據和智能工具。

“大家總以為地層學是個冷門學科，但其實它越來越多地參與到能源勘探、氣候治理等關乎人類命運的決策中。我們也希望借助AI賦能，發現更多的地質規律和地球演化細節，為摸清地球時序演化、氣候變化、礦產時空分布提供依據。”沈樹忠說。

“數據+知識”雙輪驅動地層學研究

記者：當初為何要研發OneStrata基礎模型？

沈樹忠：這要從地層學的研究瓶頸說起。地球演化留下的物質証據和信息散落世界各地，不僅時間標尺不統一，很多早期數據還沉睡在文獻裡，成了“暗數據”。很多潛藏的科學問題沒法系統解讀，嚴重制約了深時地球系統科學的突破性發展。以前人們想看清幾億年前某一次生物大滅絕的全貌，或者一次大冰期造成的環境劇變，往往得靠少數專家的判斷，缺乏一個能縱覽全局、精確到“同一年代”的參照系。

所以，我們希望用AI整合全球不同時間屬性——時間尺度、測年精度各異的地質記錄，建立高精度、可動態更新的全球標准地質時間軸和通用平台，讓全球科學家有統一的時間“坐標系”。

研發OneStrata，我們是有底氣的。依托南京大學和中國科學院南京地質古生物研究所的長期積累，我們已經擁有數百萬條全球化石記錄，規模位居全球第一。在基礎模型研發的過程中，南京大學提供專業地質數據，提出科研需求、解讀地質現象，之江實驗室團隊負責技術支持、搭建模型。

記者：OneStrata能為建立統一的“坐標系”提供什麼參考？

沈樹忠：OneStrata已經整合了不同地質歷史時期的地層剖面與多源異構數據，還擁有預測剖面中缺失物種、計算剖面和物種的延續時間、構建高分辨率地質時間軸等功能，實現了化石分布演變、高精度全球生物多樣性重建及地層剖面數字化對比等關鍵突破。模型可以還原距今數十億年至今的完整海洋生物多樣性演變曲線，精准標注每一個時間節點的物種數量，精度達到千年級，也能疊加火山活動、冷暖周期等數據，量化分析環境波動和生物興衰之間的關聯。

OneStrata可以把過去數百年積累的海量“長尾數據”激活，系統探尋難解的科學問題，把地球演化史變成一個可計算、可追溯、可高精度對比的科學體系，而不再是一堆孤立的知識點，可以為地層學研究帶來變革。

記者：AI正在改變現代科研的范式。在地層學研究方面，AI帶來了哪些變化？

沈樹忠：AI為地層學帶來的機遇是前所未有的。生命演化從來都在有序地演進，但留給科學家的可觀察地質記錄卻非常有限，難以完整恢復，這恰恰為AI模型發揮作用提供了基礎。AI模型計算效率提升是跨越式的。舉例來說，一台普通台式電腦測算一萬個化石物種的演化序列以往需要十多年。而OneStrata處理十萬個物種的數據隻需要數天。此外，AI在輔助查詢地層剖面、檢索化石物種的時空分布、演化周期方面，都將非常方便。

但是，AI只能整合運算已經存在的海量文獻數據，對於化石的智能識別還存在誤差，需要地質學家進行甄別。同時，它也不能替代野外實地踏勘、新增地層剖面數據採集和復雜地質現象的專業解讀。

記者：所以AI只是地質學家的助手。

沈樹忠：是的，但科學家與AI的互動是一種相互啟發、迭代共進的“人機協同”新范式。這種互動的價值，遠不止於算得快、查得准。

一方面，AI擅長在海量、高維度的數據中發現人類和傳統統計方法難以捕捉的隱性關聯信號。比如，當我們將重大火山活動事件、古溫度波動曲線與生物多樣性數據進行疊加運算時，AI可能會提示，在某些被忽視的時間節點上，環境與生物更替有耦合關系。這些“機器發現”不一定都正確，但能為科學家提供極具價值的研究線索——相當於AI扮演了“數字偵探”的角色，幫我們從茫茫數據中圈出值得深挖的“蛛絲馬跡”。

另一方面，科學家的專業判斷和知識沉澱是AI模型不斷進化的“指南針”。地質學是一門基於實地觀測和歷史解釋的學科，化石的生態意義、地層的接觸關系、古海洋的沉積環境等很多關鍵信息依賴科學家的野外經驗和理論積累。科學家將這類知識轉化為對AI模型的結構設計、訓練數據篩選和結果校驗的約束條件，可以讓AI的運算朝著地質學需要的方向發展，而不是漫無目的地做統計游戲。

同時，科學家在審視AI輸出的初步結果時，會發現模型中哪些關鍵類型的數據、哪些地質時期的記錄需要重點補充，從而指導新一輪的野外考察和文獻數字化工作。這種“AI提出候選模式—科學家校驗解讀—補充數據再訓練”的循環，正在讓地層學研究從“專家經驗驅動”逐步走向“數據+知識”雙輪驅動。

“金釘子”意義不僅在於科研

記者：在地層學界，我們常聽到“金釘子”這個概念，這是什麼？

沈樹忠：全球界線層型剖面和層型點俗稱“金釘子”，是由國際地層委員會（ICS）和國際地質科學聯合會（IUGS）指定的全球標准，它像一把衡量地質年代的尺子，是定義和區分全球不同年代所形成的地層之間的界線標准。“金釘子”被稱為國際地層學領域的“奧林匹克金牌”，其確立有一整套程序，需要建立國際工作組，選擇地層沉積系列完整、化石豐富、研究程度高的剖面作為標准。

如今，我國擁有11顆“金釘子”，數量僅次於意大利。

“金釘子”的確立，體現了一個國家在地層學領域的綜合實力、學術水平和國際地位。各國學者都希望把這些“金釘子”留在自己的國家，因此國際學術界競爭激烈。

上個世紀，我國缺乏和國際地層學界的交流，很少參與“金釘子”相關工作。這一局面直到1997年才被打破——浙江常山黃泥塘奧陶系達瑞威爾階底界“金釘子”確立，我國由此實現了在這一領域零的突破。

近年來，我國領銜或參與了多顆國外“金釘子”的確立工作，為國際地層學的發展、國際地質年代框架的建立作出了重要貢獻。

每一處“金釘子”的確立都存在激烈的國際競爭，我們能不斷勝出，原因之一是國內地質剖面完整度、研究精細程度、多學科配套數據，全面優於海外競爭點位。第二個原因是國內所有“金釘子”點位對外開放，全球科學家可以自由前往踏勘、採集科研樣品。第三個原因在於地方政府主動配套政策，投入資金保護遺址，國外專家實地考察之后認可度很高。

記者：11顆“金釘子”遍布中國各地，它們給所在地帶來了哪些變化？

沈樹忠：近些年，我們很欣慰地看到“金釘子”給當地社會面貌帶來的改變。拿浙江省湖州市長興縣來說，那裡有兩枚“金釘子”——二疊系—三疊系界線和長興階底界“金釘子”，分別於2001年和2005年確定。

但鮮為人知的是，由於一些原因，長興縣曾達不到“金釘子”對外開放的國際硬性要求。1999年經國務院批准，長興縣對外國人開放，這意味著外國科學家可以進入長興開展研究，不僅促成后來“金釘子”的確立，也間接推動了當地的招商引資和工業發展。

隨著各地對“金釘子”重要性的認識越來越深，“金釘子”也成為科學普及和發展地區經濟的重要引擎。長興縣兩枚“金釘子”確立后，當地政府持續投入資金，建設長興“金釘子”國家地質公園、“金釘子”地質博物館，常年組織中小學生研學活動，接待外國電視台拍攝科普紀錄片，讓人們對地球地質演化有了更切身的理解。

又如我國第一顆“金釘子”所在地——浙江常山縣，於2001年建立了常山國家地質公園，2026年4月經聯合國教科文組織執行局第224屆會議審議，公園成為世界地質公園。常山還打造地質研學線路，深耕“地質+文旅”融合發展新模式，發展礦坑露營、古生物探秘等新興休閑業態，帶動周邊民宿、餐飲、鄉村旅游等關聯產業發展。

在多方面支撐長遠發展

記者：目前我國的地層學研究處於什麼水平？

沈樹忠：可以說，我國的地層學研究已經實現了並跑，甚至領跑。這得益於三方面的積累。第一，我國地域遼闊，各類地層記錄保存完整、剖面條件優越，很適合開展精細地層、古生物研究。第二，上世紀九十年代末之后，國家持續加大對地層學、古生物學基礎科研項目經費投入。第三，國內科研人員踏實勤奮，國際學術交流頻次大幅提升，中國學者的科研水平逐漸得到國際學術界認可，國際地位和話語權明顯提升。

記者：2018年，我國科學家領銜發起了國際大科學計劃“深時數字地球”，您所在的南京大學團隊是否也參與了這項計劃？

沈樹忠：是的，在“深時數字地球（DDE）”計劃的支持下，我們團隊通過建立早期地球化石大數據，利用超算和AI等工具首次繪制了地球數十億年的高精度生物多樣性演化歷史。

眼下，我們正在推動深時高精度地質時間軸構建，深時生物多樣性演變與環境變遷研究，古環境、古氣候的數字模擬研究等。

此外，南京大學生物演化與環境科教融合中心與國際同位素效應研究中心，聯合國外多所高校的實驗室團隊共同組建了“地球生命演化與碳循環國際合作聯合實驗室”，大家聚焦“雙碳”目標，圍繞生命的起源和演化、生命和環境的相互作用及協同演化等重大科學問題和技術，融合多個學科開展研究。

記者：中國學者近年來在國際地層機構中的任職也越來越多。

沈樹忠：是的，從20世紀末到現在，中國科學家在國際地層組織中的任職越來越多。例如，金玉玕院士擔任國際二疊紀地層分會主席，戎嘉余院士擔任國際志留紀地層分會主席等。在全球地質年代標准、全球地質圖標准等全球地質學國際標准的確立中，中國智慧的貢獻越來越多。

記者：地層學能為人類應對氣候變化、能源安全、生態環境等全球性挑戰提供怎樣的支持？

沈樹忠：地層學實際上在多方面支撐著國家的長遠發展。第一，地層學可以為地球氣候演變提供歷史參照。地球歷史上發生過多次劇烈的全球變暖、海洋酸化和大規模生物滅絕事件。通過精細研究古氣候事件的地層記錄，我們可以弄清當時二氧化碳濃度上升有多快、溫度升高了多少、海洋酸化持續了多久。這些“深時案例”是獨一無二的天然實驗，能幫助我們校准今天的氣候模型，使未來百年、千年氣候變化趨勢的預測更加可靠。

第二，地層學可以為預測礦產資源時空分布提供依據。煤炭、油氣、頁岩氣、地熱資源乃至鋰、稀土等關鍵金屬礦產的賦存，都受控於特定地質時代的沉積環境和構造背景。通過建立高精度的地層格架和古地理演化模型，可以更精准地圈定有利成礦層位和有利勘探區帶，提高勘探成功率，減少盲目鑽探帶來的環境擾動和資金浪費，並為國家資源安全和長遠規劃提供支撐。

第三，地層學還肩負著一種特殊的“檔案”功能。地球46億年的演化史中，生命曾多次面臨絕境又復蘇，這些記錄寫在地層裡，也給今天的人類寫下一份最誠實的警示錄。如果我們不讀懂它，就可能重復那些地球悲劇——例如二疊紀末因全球變暖、海洋酸化和海洋缺氧而引發的生物大滅絕。地層學不能直接提供政策方案，但它能告訴人類：地球系統的響應速度和極限在哪裡，哪些“紅線”不可逾越——這是任何經濟模型都無法替代的深層智慧。（記者 金鳳）