Temporal coverage of ammonoid measurement data in the Paleobiology Database

Per comprendere come la vita sulla Terra sia cambiata nel corso di centinaia di milioni di anni, gli scienziati guardano spesso alle conchiglie di antichi creature marine chiamate ammoniti. Questi animali con conchiglia a spirale, che nuotavano negli oceani dal periodo Devoniano al Cretaceo, hanno lasciato un vasto registro fossile. Poiché le loro conchiglie sono abbondanti e le loro forme sono relativamente semplici da descrivere, i ricercatori le utilizzano per tracciare come le dimensioni del corpo e le forme delle conchiglie si siano evolute nel tempo profondo. Misurano il diametro della conchiglia, l'altezza dei giri e la larghezza dell'apertura per costruire un quadro di come queste creature si siano adattate, siano cresciute e siano infine estinte. Tuttavia, il registro fossile non è mai uno specchio perfetto del passato; è un mosaico di ciò che è stato preservato per caso e di ciò che gli scienziati hanno scelto di studiare. Sebbene gli scienziati sappiano da tempo che alcuni periodi temporali sono meglio rappresentati nel registro fossile rispetto ad altri, è emersa una nuova domanda: anche quando una specie è nota per esistere, qualcuno ha effettivamente misurato la sua conchiglia? Se lo sforzo di misurare queste conchiglie è diseguale attraverso il tempo, allora qualsiasi storia su come le dimensioni delle ammoniti siano cambiate potrebbe dirci più sulle abitudini di ricerca moderne che sulla biologia antica.

Un ricercatore presso il Blue Blocks Micro Research Institute si è proposto di testare questa idea esaminando il Paleobiology Database, una massiccia collezione online che cataloga le occorrenze fossili e le misurazioni. L'obiettivo era vedere se le misurazioni delle conchiglie di ammoniti fossero distribuite uniformemente attraverso la linea temporale geologica o se fossero concentrate in epoche specifiche. Il ricercatore ha confrontato due set di dati: un elenco di 64.733 occorrenze note di specie di ammoniti dal Devoniano al Cretaceo e un elenco separato di 20.272 esemplari individuali che erano stati effettivamente misurati. Allineandoli l'uno all'altro, lo studio ha rivelato uno squilibrio sorprendente. I dati hanno mostrato che le misurazioni erano pesantemente concentrate nell'era Paleozoica, specificamente nei periodi Carbonifero e Permiano, dove gli esemplari misurati apparivano circa due volte più spesso di quanto il numero di occorrenze fossili note farebbe prevedere. Al contrario, l'era Mesozoica, in particolare i periodi Giurassico e Cretaceo, era gravemente sotto-misurata. Il periodo Cretaceo, che detiene quasi il 31 percento di tutte le occorrenze note di ammoniti, rappresentava solo circa il 16,5 percento degli esemplari misurati.

Questo divario non era solo una questione di avere meno fossili nei periodi successivi; era una questione di quanto minuziosamente gli scienziati avessero studiato le specie che erano note. Lo studio ha scoperto che nel periodo Permiano, circa il 76 percento delle specie note aveva almeno un esemplare misurato. Al tempo del Cretaceo, quella percentuale era crollata a solo il 27,5 percento. Per garantire che questo schema fosse reale e non solo un artefatto del fatto di avere più fossili in un'era rispetto a un'altra, il ricercatore ha utilizzato un metodo statistico per estrarre lo stesso numero di record fossili da ogni periodo temporale. Anche quando le dimensioni del campione venivano rese identiche, la tendenza rimaneva: il Permiano presentava ancora un'alta copertura, mentre il Cretaceo rimaneva basso. L'analisi ha anche verificato se un singolo libro famoso o alcuni grandi articoli di ricerca stessero falsando i risultati. È emerso che l'alta copertura nei periodi Triassico e Carbonifero dipendeva fortemente da un manipolo di monografie massicce e dettagliate che elencavano centinaia di misurazioni in una volta. Se quei libri specifici fossero stati rimossi dal database, la copertura in quelle ere sarebbe diminuita significativamente. Tuttavia, la mancanza di misurazioni nel Cretaceo non era causata dalla mancanza di un singolo grande libro; il deficit persisteva anche quando ogni singola pubblicazione sorgente veniva rimossa una alla volta, dimostrando che il vuoto è una caratterità robusta dei dati, non un colpo di fortuna di pochi autori influenti.

Una potenziale spiegazione per i bassi numeri nel Cretaceo è la presenza di ammoniti eteromorfe, un gruppo di creature che non avevano la classica conchiglia a spirale ma presentavano invece forme strane, non avvolte o a uncino. Poiché le tecniche di misurazione standard sono progettate per le conchiglie a spirale, queste creature dalle forme insolite sono notoriamente difficili da misurare utilizzando i metodi tradizionali. Lo studio ha confermato che le eteromorfe sono effettivamente quasi totalmente assenti dal record delle misurazioni, con solo il 2,7 percento delle specie eteromorfe del Cretaceo che possiede misurazioni. Tuttavia, anche escludendo queste creature difficili da misurare dall'analisi, la copertura per le rimanenti specie del Cretaceo con conchiglia a spirale standard è salita solo al 34,7 percento. Ciò significa che la forma non avvolta delle eteromorfe spiega solo una piccola parte del problema. Il vero problema è che le ammoniti del Cretaceo, indipendentemente dalla loro forma, sono semplicemente molto meno propense a essere misurate rispetto ai loro antenati del Permiano. Un modello statistico ha confermato che, anche tenendo conto di quanto una specie sia comune e del fatto che abbia una conchiglia strana, una specie del Cretaceo è comunque quasi otto volte meno probabile che sia stata misurata rispetto a una del Permiano.

Le implicazioni di questa scoperta sono significative per chiunque cerchi di comprendere l'evoluzione della dimensione o della forma delle ammoniti. Quando gli scienziati confrontano la dimensione media delle ammoniti nel Permiano con quelle nel Cretaceo usando questo database, non stanno confrontando due gruppi uguali. Stanno confrontando un gruppo in cui tre quarti delle specie note sono state misurate con un gruppo in cui solo circa un quarto è stato misurato. Se le specie non misurate nel Cretaceo fossero sistematicamente diverse in dimensione o forma rispetto a quelle che sono state misurate, l'intera storia della loro evoluzione potrebbe essere distorta. Lo studio non afferma che le precedenti conclusioni scientifiche siano errate, ma insiste sul fatto che i ricercatori devono ora essere consapevoli di questa disomogeneità. Gli studi futuri che utilizzano queste misurazioni devono riportare esattamente quante specie sono state coperte in ogni periodo temporale e testare se i loro risultati reggono quando i dati vengono corretti per questi vuoti. La strada da seguire consiste nel colmare le parti mancanti, in particolare inserendo nel database tabelle di misurazione più dettagliate della ricerca del Giurassico e del Cretaceo, assicurando che la storia dell'evoluzione delle ammoniti sia costruita su una base che sia completa quanto i fossili stessi.