Temporal coverage of ammonoid measurement data in the Paleobiology Database

Um zu verstehen, wie sich das Leben auf der Erde über hunderte Millionen Jahre hinweg verändert hat, blicken Wissenschaftler oft auf die Schalen alter Meereskreaturen, die Ammoniten genannt werden. Diese spiralförmig gewundenen Tiere, die von der Devonzeit bis zur Kreidezeit in den Ozeanen schwammen, hinterließen ein riesiges Fossilienregister. Da ihre Schalen reichlich vorhanden und ihre Formen relativ einfach zu beschreiben sind, nutzen Forscher sie, um nachzuverfolgen, wie sich Körpergrößen und Schalenformen über die tiefe Zeit entwickelten. Sie messen den Durchmesser der Schale, die Höhe ihrer Windungen und die Breite der Öffnung, um ein Bild davon zu erstellen, wie sich diese Kreaturen anpassten, wuchsen und schließlich ausstarben. Das Fossilienregister ist jedoch niemals ein perfekter Spiegel der Vergangenheit; es ist ein Mosaik aus dem, was zufällig konserviert wurde, und dem, was Wissenschaftler ausgewählt haben zu untersuchen. Während Wissenschaftler schon lange wissen, dass einige Zeitperioden im Fossilienregister besser repräsentiert sind als andere, ist eine neuere Frage aufgetaucht: Hat eigentlich schon einmal jemand die Schale einer Art gemessen, von der man weiß, dass sie existierte? Wenn die Bemühungen, diese Schalen zu messen, über die Zeit hinweg ungleichmäßig verteilt sind, dann erzählt uns jede Geschichte darüber, wie sich die Größe der Ammoniten veränderte, möglicherweise mehr über moderne Forschungsgewohnheiten als über die antike Biologie.

Ein Forscher am Blue Blocks Micro Research Institute ging vor, um diese Idee zu testen, indem er die Paleobiology Database untersuchte, eine massive Online-Sammlung, die das Vorkommen und die Messungen von Fossilien katalogisiert. Das Ziel war es zu sehen, ob die Messungen der Ammonitenschalen gleichmäßig über den geologischen Zeitstrahl verteilt waren oder ob sie in bestimmten Ären konzentriert waren. Der Forscher verglich zwei Datensätze: eine Liste von 64.733 bekannten Vorkommen von Ammonitenarten aus der Devon- bis zur Kreidezeit und eine separate Liste von 20.272 einzelnen Exemplaren, die tatsächlich vermessen worden waren. Durch das Nebeneinanderstellen dieser Listen zeigte die Studie ein auffälliges Ungleichgewicht. Die Daten zeigten, dass die Messungen stark in der Paläozoischen Ära konzentriert waren, insbesondere in den Karbon- und Perm-Perioden, in denen gemessene Exemplare etwa doppelt so häufig auftraten, wie es die Anzahl der bekannten Fossilvorkommen vorhersagen würde. Im Gegensatz dazu war die Mesozoische Ära, insbesondere die Jura- und Kreidezeit, massiv untergemessen. Die Kreidezeit, die fast 31 Prozent aller bekannten Ammonitenvorkommen beherbergt, machte nur etwa 16,5 Prozent der gemessenen Exemplare aus.

Diese Lücke war nicht nur eine Frage der Tatsache, dass es in späteren Perioden weniger Fossilien gab; es war eine Frage dessen, wie gründlich die Wissenschaftler die Arten untersucht hatten, die bekannt waren. Die Studie ergab, dass in der Perm-Periode etwa 7 6 Prozent der bekannten Arten mindestens ein gemessenes Exemplar hatten. Bis zur Kreidezeit war dieser Wert auf nur 27,5 Prozent gesunken. Um sicherzustellen, dass dieses Muster real war und nicht nur ein Artefakt der Tatsache, dass in einer Ära mehr Fossilien als in einer anderen vorhanden waren, verwendete der Forscher eine statistische Methode, um eine gleiche Anzahl an Fossilfunden aus jeder Zeitperiode zu ziehen. Selbst als die Stichprobengrößen identisch erzwungen wurden, blieb der Trend bestehen: Das Perm wies immer noch eine hohe Abdeckung auf, während die Kreidezeit niedrig blieb. Die Analyse prüfte auch, ob ein einzelnes berühmtes Buch oder einige große Forschungsarbeiten die Ergebnisse verzerrt hatten. Es stellte sich heraus, dass die hohe Abdeckung in den Trias- und Karbon-Perioden stark auf einer Handvoll massiver, detaillierter Monographien beruhte, die hunderte von Messungen auf einmal auflisteten. Wenn diese spezifischen Bücher aus der Datenbank entfernt würden, würde die Abdeckung in diesen Ären signifikant sinken. Das Fehlen von Messungen in der Kreidezeit wurde jedoch nicht durch das Fehlen eines einzigen großen Buches verursacht; das Defizit blieb bestehen, selbst wenn jede einzelne Quellpublikation nacheinander entfernt wurde, was bewies, dass die Lücke ein robustes Merkmal der Daten ist und kein Zufallsprodukt einiger weniger einflussreicher Autoren.

Eine mögliche Erklärung für die niedrigen Zahlen in der Kreidezeit ist das Vorhandensein von Heteromorphen Ammoniten, einer Gruppe von Kreaturen, die nicht die klassische Spiralschale besaßen, sondern statっsen seltsame, unaufgerollte oder hakenförmige Gestalten hatten. Da Standard-Messverfahren für Spiral-Schalen konzipiert sind, sind diese seltsam geformten Kreaturen notorisch schwierig mit traditionellen Methoden zu vermessen. Die Studie bestätigte, dass Heteromorphe in der Tat fast vollständig in der Messaufnahme fehlen, wobei nur 2,7 Prozent der Kreidezeit-Heteromorph-Arten überhaupt Messungen aufweisen. Selbst als diese schwer zu vermessenden Kreaturen aus der Analyse ausgeschlossen wurden, stieg die Abdeckung für die verbleibenden, standardmäßigen Spiral-Schalen-Arten der Kreidezeit nur auf 34,7 Prozent. Dies bedeutet, dass die unaufgerollte Form der Heteromorphen nur einen kleinen Teil des Problems erklärt. Das eigentliche Problem ist, dass Ammoniten der Kreidezeit, unabhängig von ihrer Form, einfach viel unwahrscheinlicher gemessen werden als ihre Vorfahren aus dem Perm. Ein statistisches Modell bestätigte, dass eine Kreidezeit-Art selbst unter Berücksichtigung ihrer Häufigkeit und der Form ihrer Schale immer noch fast achtmal weniger wahrscheinlich gemessen wurde als eine Perm-Art.

Die Implikationen dieser Erkenntnis sind bedeutend für jeden, der versuchen möchte, die Evolution der Ammonitengröße oder -form zu verstehen. Wenn Wissenschaftler den durchschnittlichen Durchmesser von Ammoniten im Perm mit dem in der Kreidezeit mithilfe dieser Datenbank vergleichen, vergleichen sie nicht zwei gleichwertige Gruppen. Sie vergleichen eine Gruppe, in der drei Viertel der bekannten Arten vermessen wurden, mit einer Gruppe, in der nur etwa ein Viertel vermessen wurde. Wenn die ungemessenen Arten in der Kreidezeit systematisch anders in Größe oder Form waren als die gemessenen, könnte die gesamte Geschichte ihrer Evolution verzerrt sein. Die Studie behauptet nicht, dass bisherige wissenschaftliche Schlussfolgerungen falsch sind, aber sie besteht darauf, dass Forscher nun über diese Ungleichmäßigkeit informiert sein müssen. Zukünftige Studien, die diese Messungen verwenden, müssen genau angeben, wie viele Arten in jeder Zeitperiode abgedeckt wurden, und testen, ob ihre Ergebnisse standhalten, wenn die Daten für diese Lücken bereinigt werden. Der Weg nach vorn besteht darin, die fehlenden Teile zu ergänzen, insbesondere durch die Eingabe detaillierterer Messungstabellen aus der Kreide- und Jura-Forschung in die Datenbank, um sicherzustellen, dass die Geschichte der Ammoniten-Evolution auf einem Fundament aufgebaut ist, das so vollständig ist wie die Fossilien selbst.