Temporal coverage of ammonoid measurement data in the Paleobiology Database

Om te begrijpen hoe het leven op aarde gedurende honderden miljoenen jaren is veranderd, kijken wetenschappers vaak naar de schelpen van oude zeewezens die ammonieten worden genoemd. Deze spiraalvormige dieren, die van de Devoonse periode tot de Krijtperiode in de oceanen zwommen, lieten een enorme registratie van fossielen achter. Omdat hun schelpen overvloedig aanwezig zijn en hun vormen relatief eenvoudig te beschrijven zijn, gebruiken onderzoekers ze om bij te houden hoe lichaamsgroottes en schelpvormen door de diepe tijd heen evolueerden. Ze meten de diameter van de schelp, de hoogte van de windingen en de breedte van de opening om een beeld te vormen van hoe deze wezens zich aanpasten, groeiden en uiteindelijk uitstierven. De fossiele registratie is echter nooit een perfecte spiegel van het verleden; het is een lappendeken van wat toevallig bewaard is gebleven en wat wetenschappers hebben gekozen om te bestuderen. Hoewel wetenschappers lang al wisten dat sommige tijdperken beter vertegenwoordigd zijn in de fossiele registratie dan andere, is er een nieuwere vraag ontstaan: zelfs wanneer een soort bekend is, heeft iemand de schelp er ook daadwerkelijk gemeten? Als de inspanning om deze schelpen te meten ongelijk verdeeld is over de tijd, dan vertelt elk verhaal over hoe de grootte van ammonieten veranderde ons misschien meer over moderne onderzoeksgewoonten dan over de oude biologie.

Een onderzoeker bij het Blue Blocks Micro Research Institute zette zich in om dit idee te testen door de Paleobiology Database te onderzoeken, een enorme online collectie die fossiele voorkomens en metingen catalogiseert. Het doel was om te zien of de metingen van ammonietenschelpen gelijkmatig verspreid waren over de geologische tijdlijn of dat ze geclusterd waren in specifieke tijdperken. De onderzoeker vergeleek twee sets gegevens: een lijst van 64.733 bekende voorkomens van ammonietsoorten van de Devoonse tot de Krijtperiode, en een aparte lijst van 20.272 individuele exemplaren die daadwerkelijk waren gemeten. Door deze tegen elkaar af te zetten, onthoofde de studie een opvallende onbalans. De gegevens lieten zien dat metingen zwaar geconcentreerd waren in het Paleozoïcum, specifiek in de Carboon- en Permperioden, waar gemeten exemplaren ongeveer twee keer zo vaak voorkwamen als het aantal bekende fossiele voorkomens zou voorspellen. In contrast hiermee was het Mesozoïcum, met name de Jura- en Krijtperioden, ernstig ondergemeten. De Krijtperiode, die bijna 31 procent van alle bekende ammonietvoorkomens bevat, maakte slechts ongeveer 16,5 procent van de gemeten exemplaren uit.

Deze kloof was niet alleen een kwestie van het hebben van minder fossielen uit latere perioden; het was een kwestie van hoe grondig wetenschappers de soorten hadden bestudeerd die bekend waren. De studie vond dat in de Permperiode ongeveer 76 procent van de bekende soorten ten minste één gemeten exemplaar had. Tegen de tijd van de Krijtperiode was dat aantal gedaald naar slechts 27,5 procent. Om te verzekeren dat dit patroon echt was en niet slechts een artefact van het hebben van meer fossielen in één tijdperk dan in een ander, gebruikte de onderzoeker een statistische methode om een gelijk aantal fossiele records uit elk tijdperk te trekken. Zelfs toen de steekproefgroottes identiek werden gedwongen, bleef de trend bestaan: de Perm had nog steeds een hoge dekking, terwijl de Krijt een lage dekking behield. De analyse controleerde ook of een enkel beroemd boek of enkele grote onderzoeksartikelen de resultaten beïnvloedden. Het bleek dat de hoge dekking in de Trias- en Carboonperioden sterk leunde op een handvol enorme, gedetailleerde monografieën die honderden metingen tegelijk vermeldden. Als die specifieke boeken uit de database zouden worden verwijderd, zou de dekking in die tijdperken aanzienlijk dalen. Echter, het gebrek aan metingen in de Krijt werd niet veroorzaakt door het missen van één groot boek; het tekort bleef bestaan zelfs wanneer elke afzonderlijke bronpublicatie één voor één werd verwijderd, wat bewees dat de kloof een robuust kenmerk van de data is, en geen toevalstreffer van een paar invloedrijke auteurs.

Een mogelijke verklaring voor de lage aantallen in de Krijt is de aanwezigheid van heteromorfe ammonieten, een groep wezens die niet de klassieke spiraalschelp hadden, maar in plaats daarvan vreemde, ongecoilde of haakvormige vormen bezaten. Omdat standaard meettechnieken zijn ontworpen voor spiraalschelpen, zijn deze vreemde, gevormde wezens berucht moeilijk te meten met traditionele methoden. De studie bevestigde dat heteromorfen inderdaad bijna volledig ontbreken in de metingsregistratie, waarbij slechts 2,7 procent van de Krijt-heteromorfe soorten enige metingen heeft gehad. Echter, zelfs toen deze moeilijk te meten wezens werden uitgesloten van de analyse, steeg de dekking voor de overige, standaard spiraalschelpige Krijt-soorten slechts naar 34,7 procent. Dit betekent dat de ongecoilde vorm van de heteromorfen slechts een klein deel van het probleem verklaart. Het echte probleem is dat ammonieten uit de Krijt, ongeacht hun vorm, simpelweg veel minder waarschijnlijk zijn om gemeten te worden dan hun verwanten uit de Perm. Een statistisch model bevestigde dat, zelfs wanneer rekening wordt gehouden met hoe algemeen een soort is en of het een vreemde schelp heeft, een Krijt-soort bijna acht keer minder waarschijnlijk is om gemeten te zijn dan een soort uit de Perm.

De implicaties van deze bevinding zijn aanzienlijk voor iedereen die de evolutie van de grootte of vorm van ammonieten probeert te begrijpen. Wanneer wetenschappers de gemiddelde grootte van ammonieten in de Perm vergelijken met die in de Krijt met behulp van deze database, vergelijken zij niet twee gelijke groepen. Zij vergelijken een groep waarbij driekwart van de bekende soorten is gemeten met een groep waarbij slechts ongeveer een kwart is gemeten. Als de niet-gemeten soorten in de Krijt systematisch verschillen in grootte of vorm van de gemeten soorten, kan het hele verhaal over hun evolutie worden vervormd. De studie beweert niet dat eerdere wetenschappelijke conclusies fout zijn, maar zij dringt er wel op aan dat onderzoekers zich nu bewust moeten zijn van deze ongelijkheid. Toekomstige studies die deze metingen gebruiken, moeten exact rapporteren hoeveel soorten in elk tijdperk zijn gedekt en testen of hun resultaten standhouden wanneer de data wordt aangepast voor deze hiaten. De weg vooruit houdt in dat de ontbrekende stukken worden ingevuld, met name door meer gedetailleerde metingstabellen uit Krijt- en Jura-onderzoek in de database in te voeren, zodat het verhaal van de evolutie van ammonieten wordt gebouwd op een fundament dat net zo compleet is als de fossielen zelf.