Temporal coverage of ammonoid measurement data in the Paleobiology Database

何億年もの時間をかけて地球上の生命がいかに変化してきたかを理解するために、科学者たちはしばしばアンモナイトと呼ばれる古代の海洋生物の殻に注目します。これらの渦巻き型の殻を持つ動物は、デボン紀から白亜紀にかけての海洋を泳いでおり、膨大な化石の記録を残してきました。その殻は豊富に存在し、その形状も比較的記述が容易であるため、研究者たちはこれらを用いて、長い年月の中で体の大きさや殻の形態がいかに進化したかを追跡しています。彼らは殻の直径、巻きの高さ、そして開口部の幅を測定することで、これらの生物がいかに適応し、成長し、そして最終的に絶滅したかという姿を描き出そうとします。しかし、化石の記録は決して過去を完璧に映し出す鏡ではありません。それは、たまたま保存されたものと、科学者が研究対象として選んだもののパッチワークなのです。科学者たちは、ある特定の時代が化石記録において他の時代よりも優れていることは古くから知っていましたが、新たな問いが浮上しました。すなわち、ある種が存在することが分かっている場合でも、実際にその殻を測定した者はいるのだろうか、という問いです。もしこれらの殻を測定する取り組みが時代によって偏っているならば、アンモナイトのサイズの変遷に関するいかなる物語も、古代の生物学というよりも、現代の研究習慣を物語っていることになるかもしれません。

ブルー・ブロックス・マイクロ・リサーチ・インスティテュートの研究者は、化石の出現と測定値をカタログ化した大規模なオンラインコレクションである古生物データベース（Paleobiology Database）を調査することで、この考えを検証しようと試みました。その目的は、アンモナイトの殻の測定値が地質学的タイムラインに沿って均等に分布しているのか、それとも特定の時代に集中しているのかを確認することでした。研究者は2つのデータセットを比較しました。一つはデボン紀から白亜紀にかけてのアンモナイト種の既知の出現数64,733件のリストであり、もう一つは実際に測定された個体20,272件の別個のリストです。これらを照らし合わせた結果、顕著な不均衡が明らかになりました。データによれば、測定値は古生代、特に石炭紀とペルム紀に集中しており、既知の化石出現数から予測されるよりも約2倍高い頻度で測定された標本が現れていました。対照的に、中生代、特にジュラ紀と白亜紀は、測定が著しく不足していました。白亜紀は全既知のアンモナイト出現数の約31パーセントを占めているにもかかわらず、測定された標本のわずか約16.5パーセントしか占めていませんでした。

このギャップは、単に後期の化石が少ないという問題ではなく、既知の種を科学者がどれほど徹底的に研究したかという問題でした。研究によると、ペルム紀では既知の種の約76パーセントに少なくとも一つの測定された標本がありました。白亜紀になる頃には、その数値はわずか27.5パーセントへと急落していました。このパターンが、単にある時代に多くの化石が存在することによる副産物ではなく、実在するものであることを確実にするため、研究者は統計的手法を用いて、各時代から同数の化石記録を抽出しました。サンプルサイズを強制的に同一にした場合でも、傾向は変わりませんでした。ペルム紀は依然として高いカバー率を示していましたが、白亜紀は低いままでした。また、分析では、単一の有名な書籍や少数の大規模な研究論文が結果を歪めていないかも確認されました。その結果、三畳紀と石炭紀の高いカバー率は、一度に数百の測定値を列挙している一握りの大規模で詳細なモノグラフ（専門書）に大きく依存していることが判明しました。もしこれらの特定の書籍をデータベースから取り除けば、それらの時代のカバー率は大幅に低下します。しかし、白亜紀における測定の欠如は、単一の大きな書籍を逃したことによるものではありませんでした。すべての情報源となる出版物を一つずつ取り除いていっても、その不足は解消されずなくなかったため、このギャップは一部の影響力のある著者による偶然の産物ではなく、データの堅牢な特徴であることが証明されました。

白亜紀における数値の低さに対する一つの説明として、ヘテロモルフ（異型）アンモナイトの存在が挙げられます。これは、古典的な渦巻き型の殻を持たず、代わりに奇妙な、あるいは解けたような、もしくは鉤状の形をした生物のグループです。標準的な測定技術は渦巻き型の殻を対象として設計されているため、これらの奇妙な形状を持つ生物は、伝統的な手法で測定するのが非常に困難です。研究では、ヘテロモルフが実際に測定記録からほぼ完全に欠落していることが確認されました。白亜紀のヘテロモルフ種のなかで、何らかの測定が行われているものはわずか2.7パーセントでした。しかし、これらの測定が困難な生物を除外したとしても、残りの標準的な渦巻き型の白亜紀種におけるカバー率は、わずか34.7パーセントに上昇するにとどまりました。これは、ヘテロモルフの解けた形状が問題の一部しか説明していないことを意味します。真の問題は、形状に関わらず、白亜紀のアンモナイトは、ペルム紀の祖先よりも測定される可能性が単純に低いということです。統計モデルを用いた検証によれば、種の希少性や殻の形状を考慮に入れたとしても、白亜紀の種はペルム紀の種よりも測定される確率が依然として8倍近く低いことが示されました。

この発見が持つ意味は、アンモナイトのサイズや形態の進化を理解しようとする者にとって極めて重要です。科学者がこのデータベースを用いて、ペルム紀と白亜紀のアンモナイトの平均サイズの比較を行うとき、彼らは二つの等しいグループを比較しているわけではありません。彼らは、既知の種の4分の3が測定されているグループと、わずか4分の1しか測定されていないグループを比較しているのです。もし白亜紀の未測定の種が、測定された種とは系統的に異なるサイズや形状であった場合、その進化に関する物語全体が歪められる可能性があります。この研究は、従来の科学的結論が間違っていると主張しているのではなく、研究者が今やこの不均衡を認識しなければならないと強く求めているのです。今後の研究で使用される測定値については、各時代でどの程度の種がカバーされているかを正確に報告し、データがこれらのギャップに対してどのように調整される場合に結果が維持されるかをテストする必要があります。今後の進むべき道は、欠けているピースを埋めることにあります。具体的には、白亜紀やジュラ紀の研究からより詳細な測定表をデータベースに入力していくことで、アンモナイトの進化の物語が、化石そのものと同じくらい完全な基礎の上に築かれるようにしていくことです。