Temporal coverage of ammonoid measurement data in the Paleobiology Database

为了了解地球上的生命在数亿年间是如何变化的，科学家们经常观察一种被称为菊石（ammonites）的古代海洋生物的壳。这些具有螺旋形外壳的动物在从泥盆纪到白垩纪的漫长岁月中在海洋中游弋，留下了大量的化石记录。由于它们的壳数量丰富且形状描述相对简单，研究人员利用它们来追踪体型和壳形是如何随深时（deep time）演化的。他们通过测量壳的直径、螺层的宽度以及开口的宽度，来构建这些生物如何适应、生长并最终灭绝的图景。然而，化石记录从来不是过去完美的镜像；它是一个由“恰好被保存下来的部分”与“科学家选择研究的部分”交织而成的拼凑物。虽然科学家早已知晓某些时期在化石记录中的代表性优于其他时期，但一个新的问题也随之浮现：即便某个物种已知存在，是否真的有人实际测量过它的壳？如果测量这些壳的工作在时间分布上是不均匀的，那么任何关于菊石体型变化的叙述，可能更多是在讲述现代研究习惯，而非古代生物学。

蓝块微型研究中心（Blue Blocks Micro Research Institute）的一位研究人员试图通过检查古生物数据库（Paleobiology Database）——一个编目了化石出现情况及测量数据的庞大在线集合——来验证这一想法。该研究的目标是观察菊石壳的测量数据是在地质年代中均匀分布，还是聚集在特定的时代。研究人员对比了两组数据：一份包含从泥盆纪到白央纪时期 64,733 个已知菊石物种出现情况的列表，以及另一份包含 20,272 个实际被测量的单个标本的列表。通过将两者进行比对，研究揭示了一个显著的不平衡现象。数据显示，测量值高度集中在古生代，特别是石炭纪和二叠纪，其中测量标本出现的频率大约是已知化石出现次数所预测的两倍。相比之下，中生代，尤其是侏罗纪和白垩纪，则严重缺乏测量。白垩纪虽然拥有近 31% 的已知菊石出现情况，但仅占测量标本总数的约 16.5%。

这种差距不仅仅是后期时期化石较少的问题，更是科学家对已知物种研究不够彻底的问题。研究发现，在二叠纪，大约 76% 的已知物种至少有一个被测量的标本。而到了白垩纪，这一比例骤降至仅 27.5%。为了确保这种模式是真实的现象而非仅仅因为某一时代化石较多而产生的偏差，研究人员使用了一种统计方法，从每个时期抽取相同数量的化石记录。即使在强制样本量相等的情况下，这一趋势依然存在：二叠纪仍保持着高覆盖率，而白垩纪的覆盖率依然很低。分析还检查了是否有一本著名的著作或几篇大型研究论文扭曲了结果。事实证明，石炭纪和三叠纪的高覆盖率在很大程度上依赖于少数几本极其详尽的大型专著，这些专著一次性列出了数百个测量值。如果从数据库中移除这些特定的书籍，这些时代的覆盖率就会大幅下降。然而，白垩纪测量值的匮乏并非由遗漏某一本重要的书所致；即使逐一移除每一个来源出版物，这种缺失依然存在，这证明了这种差距是数据的稳健特征，而非受少数有影响力的作者所左右的偶然现象。

导致白垩纪数量偏低的一个潜在解释是异形菊石（heteromorph ammonites）的存在，这是一类并不具备经典螺旋壳，而是拥有奇特、未卷曲或钩状形状的生物。由于标准的测量技术是为螺旋壳设计的，这些形状怪异的生物在进行传统测量时极具难度。研究证实，异形菊石在测量记录中确实几乎完全缺失，白垩纪异形菊石物种中只有 2.7% 拥有任何测量数据。然而，即使将这些难以测量的生物排除在分析之外，剩余的标准螺旋壳白垩纪物种的覆盖率也仅上升到了 34.7%。这意味着，异形菊石的不规则形状仅解释了问题的一小部分。真正的症结在于，无论其形状如何，白垩纪菊石被测量的可能性普遍低于其二叠纪的祖先。一个统计模型证实，即使考虑到物种的常见程度以及是否具有奇特的壳，一个白是在白垩纪物种被测量的可能性仍是二叠纪物种的近八分之一。

这一发现对于任何试图理解菊石体型或形状演化的人来说都具有重要意义。当科学家使用该数据库比较二叠纪与白垩纪菊石的平均体型时，他们并不是在比较两个对等的群体。他们是在将一组已知物种中四分之三已被测量的群体，与一组仅有约四分之一被测量的群体进行比较。如果白垩纪中未被测量的物种在体型或形状上与被测量的物种存在系统性差异，那么关于它们演化的整个故事都可能发生扭曲。这项研究并非声称之前的科学结论是错误的，但它坚持要求研究人员现在必须意识到这种不均匀性。未来的研究在使用这些测量数据时，需要准确报告每个时期涵盖了多少物种，并测试其结果在根据这些差距进行数据调整后是否依然成立。前进的路径在于填补这些缺失的部分，特别是将更多关于白垩纪和侏罗纪研究的详细测量表录入数据库，以确保菊石演化的故事是建立在与化石本身同样完整的基石之上的。