Temporal coverage of ammonoid measurement data in the Paleobiology Database

지구상의 생명체가 수억 년 동안 어떻게 변화해 왔는지 이해하기 위해, 과학자들은 종종 암모나이트라고 불리는 고대 해양 생물의 껍데기를 살펴봅니다. 데본기부터 백악기까지의 바다를 헤엄치던 이 나선형 껍데기를 가진 동물들은 방대한 화석 기록을 남겼습니다. 이들의 껍데기는 풍부하게 존재하며 그 형태를 기술하기가 비교적 단순하기 때문에, 연구자들은 체구와 껍데기 형태가 긴 시간 동안 어떻게 진화했는지를 추적하는 데 이들을 사용합니다. 연구자들은 껍데기의 직경, 나선(whorl)의 높이, 그리고 개구부의 너비를 측정하여 이 생물들이 어떻게 적응하고 성장했으며, 결국 어떻게 멸종했는지에 대한 그림을 그려냅니다. 그러나 화석 기록은 결코 과거를 비추는 완벽한 거울이 아닙니다. 그것은 우연히 보존된 것과 과학자들이 연구하기로 선택한 것들의 짜깁기입니다. 과학자들은 특정 시대가 화석 기록에서 다른 시대보다 더 잘 나타난다는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 새로운 질문이 등장했습니다. 즉, 어떤 종이 존재하는 것으로 알려져 있더라도, 실제로 누군가가 그 껍데기를 측정한 적이 있는가 하는 점입니다. 만약 이 껍데기들을 측정하려는 노력이 시대별로 불균형하다면, 암모나이트 크기의 변화에 관한 그 어떤 이야기도 고대 생물학보다는 현대의 연구 습관을 더 많이 말해주고 있는 것일지도 모릅니다.

블루 블록스 마이크로 연구소(Blue Blocks Micro Research Institute)의 한 연구자는 화석의 출현과 측정을 목록화한 방대한 온라인 컬렉션인 고생물학 데이터베이스(Paleobiology Database)를 조사함으로써 이 가설을 테스트하고자 했습니다. 목표는 암모나이트 껍데기의 측정값이 지질 시대에 걸쳐 고르게 분포되어 있는지, 아니면 특정 시대에 집중되어 있는지를 확인하는 것이었습니다. 연구자는 두 가지 데이터 세트를 비교했습니다. 데본기부터 백악기까지의 암모나이트 종에 대한 64,733건의 알려진 출현 목록과, 실제로 측정된 20,272개의 개별 표본 목록입니다. 이 둘을 서로 대조한 결과, 연구는 놀라운 불균형을 드러냈습니다. 데이터는 측정이 고생대, 특히 석탄기와 페름기에 집중되어 있음을 보여주었는데, 여기서 측정된 표본은 알려진 화석 출현 횟수가 예측하는 것보다 약 두 배 더 자주 나타났습니다. 반면, 중생대, 특히 쥐라기와 백악기는 심각하게 과소 측정되었습니다. 전체 알려진 암모나이트 출현의 거의 31%를 차지하는 백악기는 측정된 표본의 약 16.5%만을 차지했습니다.

이 격차는 단순히 후기 시대의 화석이 적어서 발생하는 문제가 아니었습니다. 이는 알려진 종들을 얼마나 철저하게 연구했느냐의 문제였습니다. 연구에 따르면 페름기에는 알려진 종의 약 76%가 적어도 하나 이상의 측정된 표본을 가지고 있었습니다. 백악기에 이르러서는 그 수치가 27.5%로 급락했습니다. 이 패턴이 단순히 한 시대에 화석이 더 많아서 발생하는 인위적인 결과가 아님을 확실히 하기 위해, 연구자는 각 시대에서 동일한 수의 화석 기록을 추출하는 통계적 방법을 사용했습니다. 샘플 크기를 동일하게 강제 조정했을 때도 추세는 그대로 유지되었습니다. 페름기는 여전히 높은 범위를 보였고, 백악기는 낮은 범위를 유지했습니다. 또한 분석은 단 하나의 유명한 저서나 몇 개의 대규모 연구 논문이 결과를 왜곡하고 있는지 확인했습니다. 트라이아스기와 탄본기의 높은 범위는 수백 개의 측정을 한꺼번에 나열한 소수의 거대하고 상세한 전집들에 크게 의존하고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 만약 그 특정 서적들을 데이터베이스에서 제거한다면, 해당 시대의 범위는 크게 감소할 것입니다. 그러나 백악기의 측정 부족은 하나의 큰 책을 놓쳐서 발생한 문제가 아니었습니다. 모든 출처 출판물을 하나씩 제거하더라도 결핍은 지속되었으며, 이는 그 격차가 몇몇 영향력 있는 저자들의 일시적인 현상이 아니라 데이터의 견고한 특징임을 입증했습니다.

백악기의 낮은 수치에 대한 한 가지 잠재적인 설명은 헤테로모르프(heteromorph) 암모나이트의 존재입니다. 이들은 전형적인 나선형 껍데기를 갖지 않고 대신 기이하게 풀려 있거나 갈고리 모양을 한 생물 그룹입니다. 표준 측정 기술은 나선형 껍데기를 위해 설계되었기 때문에, 이러한 특이한 형태의 생물들은 전통적인 방식으로 측정하기가 매우 까다롭습니다. 연구는 헤테로모르프가 실제로 측정 기록에서 거의 완전히 누락되어 있음을 확인했는데, 백악기 헤테로모르프 종 중 측정값이 있는 것은 단 2.7%뿐이었습니다. 그러나 이 측정하기 어려운 생물들을 분석에서 제외하더라도, 나머지 표준 나선형 껍데기를 가진 백악기 종들의 범위는 34.7%로만 올라갔습니다. 이는 풀린 형태의 헤테로모르프가 문제의 아주 작은 부분만을 설명한다는 것을 의미합니다. 진짜 문제는 백 enough한 형태와 상관없이, 백악기 암모나이트는 그들의 페름기 조상들보다 훨씬 덜 측정된다는 점입니다. 통계 모델에 따르면, 종의 흔함과 껍데기의 특이함을 모두 고려하더라도, 백서기 종은 페름기 종보다 측정될 확률이 거의 8배 더 낮았습니다.

이 발견의 시사점은 암모나이트의 크기나 형태의 진화를 이해하려는 모든 이들에게 매우 중요합니다. 과학자들이 이 데이터베이스를 사용하여 페름기의 암모나이트 평균 크기와 백악기의 평균 크기를 비교할 때, 그들은 두 개의 동등한 집단을 비교하는 것이 아닙니다. 그들은 알려진 종의 4분의 3이 측정된 집단과, 단 4분의 1만이 측정된 집단을 비교하고 있는 것입니다. 만약 백서기의 미측정 종들이 측정된 종들과 체구나 형태 면에서 체계적으로 다르다면, 그들의 진화에 관한 이야기 전체가 왜곡될 수 있습니다. 이 연구는 기존의 과학적 결론이 틀렸다고 주장하는 것이 아니라, 연구자들이 이제 이러한 불균형을 반드시 인지해야 한다고 강조합니다. 향후 연구에서 이러한 측정치를 사용할 때는 정확히 몇 개의 종이 각 시대별로 다뤄졌는지 보고해야 하며, 데이터의 공백에 대해 조정한 결과가 여전히 유효한지 테스트해야 합니다. 앞으로의 과제는 누락된 조각들을 채워 넣는 것입니다. 특히 백악기와 쥐라기 연구의 더 상세한 측정 테이블을 데이터베이스에 입력함으로써, 암모나이트 진화의 이야기가 화석 그 자체만큼이나 완전한 토대 위에 세워지도록 해야 합니다.