[論文レビュー] An ubiquitous ~62 Myr periodic fluctuation superimposed on general trends in fossil biodiversity

A. L. Melott, Richard K. Bambach|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2010

Complex Systems and Time Series Analysis被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、複数の海洋化石データベースにまたがって検出可能な、約6200万年周期の周期的変動が、化石多様性に広く存在することを特定した。この周期は海面変動と関連しており、古生代以降の大量絶滅のタイミングと強く相関しており、サンプリングバイアスではなく、天体的または地球物理学的駆動要因に起因する非ランダムな繰り返しパターンが、マクロエボリューションのダイナミクスに存在することを示唆している。

ABSTRACT

A 62 Myr periodicity is superimposed on other longer-term trends in fossil biodiversity. This cycle can be discerned in marine data based on the Sepkoski compendium, the Paleobiology Database, and the Fossil Record 2. The signal also exists in changes in sea level/sediment, but is much weaker than in biodiversity itself. A significant excess of 19 previously identified Phanerozoic mass extinctions occur on the declining phase of the 62 Myr cycle. appearance of the signal in sampling-standardized biodiversity data, it is likely not to be a sampling artifact, but either a consequence of sea-level changes or an additional effect of some common cause for them both. In either case, it is intriguing why both changes would have a regular pattern.

研究の動機と目的

• 長期的トレンドを超えて、化石多様性における周期的信号が存在するかどうかを調査すること。
• 6200万年周期が化石採取バイアスに起因するアーティファクトであるのか、それとも実際の生物学的または環境的信号を反映しているのかを特定すること。
• 6200万年周期と既知の古生代以降の大量絶滅との相関関係を調査すること。
• 多様性の周期性が海面変動と関連しているか、共通の根本的要因に起因しているかを評価すること。
• 複数の独立した化石データベースおよびデータセットにおいて、信号の頑健性を評価すること。

提案手法

• セプコスキーのコンプリメンタリー、ペーレオバイオロジー・データベース、Fossil Record 2の化石多様性データを分析し、長期的トレンドと周期的信号を同定すること。
• スペクトル解析手法を用いて、多様性時系列における繰り返し周期を特定すること。
• 海面変動および堆積速度の独立した記録と多様性信号を比較すること。
• 化石採取バイアスの影響を最小限に抑えるために、サンプリング標準化済みの多様性データを用いること。
• 大量絶滅のタイミングが6200万年周期の位相とどの程度一致するかを統計的に評価すること。
• 複数の独立したデータセット間での結果の妥当性を検証し、信号の一貫性を確認すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6200万年周期に近い統計的に有意な化石多様性の周期的変動が存在するか？
• RQ2 化石記録におけるサンプリングバイアスを補正した後でも、6200万年周期が維持されるか？
• RQ3 古生代以降の大量絶滅は、6200万年周期の特定の位相と系統的に一致するか？
• RQ4 多様性における6200万年周期の信号は、海面変化または堆積速度と相関しているか？
• RQ5 6200万年周期は、多様性と海面変動の両方に影響を与える共通の外部駆動要因によって引き起こされる可能性があるか？

主な発見

• セプコスキーのコンプリメンタリーおよびペーレオバイオロジー・データベースを含む、複数の独立した海洋化石データベースにおいて、化石多様性に顕著な6200万年周期が検出された。
• サンプリング標準化済みの多様性データにおいても信号が頑健に維持されることから、これは化石採取頻度に起因するアーティファクトである可能性は低い。
• 6200万年周期の低下段階に大量絶滅が著しく多く発生しており、非ランダムな時系列的クラスタリングが示唆された。
• 海面変動および堆積速度記録にも弱いが検出可能な6200万年周期の信号が存在するが、多様性記録ほど顕著ではない。
• 多様性と海面変動の両方に周期性が共に存在するという事実は、共通の因果的メカニズムまたは共通の外部駆動要因の存在を示唆している。
• 複数のデータセットにわたる信号の一貫性は、マクロエボリューションのダイナミクスに持続的かつ長期的な周期的影響が存在することを支持する。