[論文レビュー] Power spectra of fossil biodiversity time series: a connection with Galactic dynamics?

Adrian L. Melott|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2008

Geology and Paleoclimatology Research参考文献 1被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、古生物学データベース（PBDB）の化石多様性時系列から、62–63 Myの頑健な周期性を同定し、以前にセプコスキー・データベースから報告された信号を確認した。クロススペクトル解析により、両データセット間で周期性が整合しており、ピークと谷が1.6 My以内に一致しており、これは信号がサンプリングやデータ処理のアーチファクトではなく、実際の信号である可能性を強く示唆している。

ABSTRACT

Time series analysis of fossil biodiversity of marine invertebrates in the Paleobiology Database (PBDB) shows a significant periodicity at approximately 63 My, in agreement with previous analyses based on the Sepkoski database. I discuss how this result did not appear in a previous analysis of the PBDB. The existence of the 63 My periodicity, despite very different treatment of systematic error in both PBDB and Sepkoski databases strongly argues for consideration of its reality in the fossil record. Cross-spectral analysis of the two datasets finds that a 62 My periodicity coincides in phase by 1.6 My, equivalent to better than the errors in either measurement. Consequently, the two data sets not only contain the same strong periodicity, but its peaks and valleys closely correspond in time. Two other spectral peaks appear in the PBDB analysis, but appear to be artifacts associated with detrending and with the increased interval length. Sampling-standardization procedures implemented by the PBDB collaboration suggest that the signal is not an artifact of sampling bias. Further work should focus on finding the cause of the 62 My periodicity.

研究の動機と目的

• 以前にセプコスキー・データベースから報告された化石多様性における63 Myの周期性が、より最近に整備された古生物学データベース（PBDB）にも存在するかどうかを調査すること。
• 62–63 Myの周期性が、PBDBにおけるサンプリングバイアス、データ処理、または系統的な誤差の結果である可能性を特定すること。
• クロススペクトル解析を用いて、PBDBとセプコスキー・データセット間の周期性の整合性と位相の一致を評価すること。
• トレンド除去とサンプリング間隔長の変化を補正した後も、周期性が維持されるかを評価し、誤ったスペクトルピークの生成を回避すること。
• 独立して構築された2つのデータベースで一貫して観察されるという事実を踏まえ、観察された周期性の天文学的または銀河的要因を検討すること。

提案手法

• 海洋無脊椎動物の化石多様性データを対象に、古生物学データベース（PBDB）における時系列解析を実施した。
• 長期間の傾向と周期的パターンを特定するため、スペクトル解析を用いて化石記録内の周期成分を検出した。
• PBDBとセプコスキー・データセット間でクロススペクトル解析を実施し、62–63 Myの周期性の位相と振幅の類似性を比較した。
• トレンド除去処理とサンプリング間隔長の変化がスペクトルピークに与える影響を評価し、方法論的アーチファクトを除外した。
• PBDB共同作業グループが採用したサンプリング標準化技術を用いて、サンプリングバイアスの影響を最小限に抑えた信号の頑健性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 セプコスキー・データベースとは異なるデータ処理を経験したPBDBにおいても、化石多様性の63 My周期性が確認できるか？
• RQ2 PBDBとセプコスキー・データセット間で、位相と振幅の観点から62–63 Myの周期性がどの程度整合しているか？
• RQ3 観察された周期性が、トレンド除去、サンプリング間隔長、またはPBDBにおけるサンプリングバイアスの結果である可能性はどれほどか？
• RQ4 2つの独立して構築されたデータベースで周期性が一貫して観察されるという事実が、化石記録における信号の実在性を支持するか？
• RQ5 マクロ進化ダイナミクスにおける62 My周期性の背後にある物理的または天文学的要因は何か？

主な発見

• PBDBの化石多様性時系列において、約62 Myの顕著な周期性が検出され、セプコスキー・データベースからの以前の報告を裏付けた。
• PBDBとセプコスキー・データセット間で62 Myの周期性が整合しており、ピークと谷が1.6 My以内に一致しており、高い位相整合性を示している。
• トレンド除去とサンプリング間隔長の変化を補正した後も、信号は頑健に維持され、これらが誤ったスペクトルピークを生じることが判明した。
• PBDBにおけるサンプリング標準化手順は、信号を歪めないことが示され、62 Myの周期性がサンプリングバイアスの結果ではない可能性を示唆している。
• 2つの独立して構築されたデータベースで周期性が一貫して観察されることから、化石記録における信号の実在性が強く支持される。
• データベース間での信号の一貫性は、外部要因（例：銀河的ダイナミクス）との関連性を示唆しており、今後のさらなる調査が求められる。