Аннотация:
Международное совместное исследование, продолжавшееся около 20 лет, показало, что скорость накопления отложений на морском дне является наиболее важным фактором, определяющим, будут ли биологические останки разного возраста смешаны в одном и том же ископаемом слое. Исследователи полагают, что это открытие поможет палеонтологам более точно определить временной диапазон, представленный группой ископаемых, и улучшить возможности реконструкции древних экосистем.
Ископаемые в одном и том же слое морских отложений часто выглядят так, как будто они происходят из одного и того же древнего сообщества, но на самом деле организмы, сохранившиеся рядом, могут находиться на расстоянии сотен или даже тысяч лет друг от друга. Это явление смешения разновозрастных остатков в одной толще называется «осреднением по времени».
Временное усреднение обычно происходит на морском дне, где биологическая активность сильна. Моллюски, креветки, морские звезды, песчаные доллары, улитки, черви и другие животные постоянно роют каналы в отложениях, нарушая морское дно и неоднократно перемещая раковины и другие скелетные останки. Когда осадки в конечном итоге погребли и сохранили эти останки, останки организмов разных поколений могли сконцентрироваться в одном и том же ископаемом слое.
Существуют также различные факторы, которые влияют на это смешивание во время формирования окаменелостей. Сохранятся ли биологические останки, зависит от того, прочна ли их структура и удастся ли их вовремя похоронить. Большинство организмов разлагаются или поедаются падальщиками до того, как они окаменевают, поэтому летопись живых окаменелостей состоит в основном из твердых тканей, таких как панцири и кости. Биологическая продуктивность также оказывает влияние, поскольку чем больше организмов жило на данной территории в прошлом, тем больше останков в конечном итоге смогли сформировать и оставить окаменелости.
Однако исследователи уже давно подозревали, что скорость накопления осадков может быть ключом к контролю степени усреднения по времени. Отложения быстро накапливаются в таких средах, как дельты, поэтому останки можно быстро захоронить, а останки разного возраста с меньшей вероятностью будут смешаны друг с другом. В районах, где седиментация происходит медленно, останки разных периодов могут продолжать накапливаться и в конечном итоге сохраняться вместе.
Чтобы проверить относительную роль этих факторов, исследовательские группы из Австралии, Австрии, Багамских островов, Бразилии, Германии, Италии, Словакии и США объединили результаты своих исследований, проведенных за последние 20 лет или около того, и проанализировали более 7500 окаменелостей, собранных в различных морских средах по всему миру. Образцы охватывают территории от мелководных морских побережий до краев континентального шельфа и датируются с использованием таких методов, как радиоуглеродное датирование.
Исследовательская группа сосредоточилась на использовании технологии радиоуглеродного датирования. Углерод-14 распадается с относительно постоянной скоростью с течением времени, с периодом полураспада около 5730 лет, поэтому возраст можно оценить, измеряя количество углерода-14, оставшегося в образце. Поскольку содержание углерода-14 со временем становится слишком низким, чтобы его можно было надежно обнаружить, этот метод в основном подходит для новых ископаемых ископаемых возрастом менее 55 000 лет.
Исследователи также использовали метод датирования по рацемизации аминокислот. Этот метод использует особенность, заключающуюся в том, что соотношение между различными формами аминокислот регулярно меняется с течением времени, чтобы оценить возраст образца. В прошлом из-за высокой стоимости радиоуглеродного и аминокислотного датирования одна исследовательская группа часто могла исследовать только несколько десятков образцов, тогда как для анализа усредненных по времени явлений требовались тысячи окаменелостей. Такая крупномасштабная интеграция данных стала возможной благодаря общим затратам нескольких лабораторий, достижениям в области датирования и сокращению требований к образцам.
После получения данных о возрасте окаменелостей исследовательская группа создала несколько наборов имитационных моделей, чтобы скорректировать биотурбацию, вызванную роющими животными, скорость накопления отложений и степень повреждения останков, а затем сравнила смоделированное распределение возраста с фактически измеренным распределением возраста окаменелостей. Результаты показывают, что скорость седиментации оказывает наиболее очевидное влияние на степень смешивания ископаемых возрастов, намного превосходя другие факторы.
Исследователи говорят, что можно оценить, как долго была зарегистрирована группа ископаемых, если можно сделать вывод о скорости накопления отложений на основе геологического и экологического контекста. Чем быстрее идет осаждение, тем легче раковинам или костям захоронить до того, как останки разных поколений смешаются. Чем медленнее происходит седиментация, тем дольше период времени, обычно сжимаемый слоями окаменелостей.
Набор данных, созданный в результате этого исследования, может быть одним из крупнейших наборов данных о датировании ископаемого углерода, доступных в настоящее время. Исследовательская группа заявила, что данные также могут быть использованы для изучения других проявлений осредненных по времени явлений и связанных с ними геологических и биологических процессов в будущем. Если та же закономерность применима к более древним и более глубоким морским осадочным средам, ученые, возможно, смогут распространить этот вывод на летопись окаменелостей задолго до того, как станет возможным измерение углерода-14.
Комментарии