Zusammenfassung:
Eine internationale Gemeinschaftsstudie, die etwa 20 Jahre dauerte, zeigte, dass die Geschwindigkeit der Sedimentansammlung auf dem Meeresboden der wichtigste Faktor dafür ist, ob biologische Überreste unterschiedlichen Alters in derselben Fossilschicht vermischt werden. Forscher glauben, dass diese Entdeckung Paläontologen dabei helfen wird, den durch eine Fossiliengruppe repräsentierten Zeitbereich genauer zu bestimmen und die Fähigkeit zur Rekonstruktion antiker Ökosysteme zu verbessern.
Fossilien in derselben Schicht mariner Sedimente sehen oft so aus, als kämen sie aus derselben antiken Gemeinschaft, aber tatsächlich können die nebeneinander erhaltenen Organismen Hunderte oder sogar Tausende von Jahren voneinander entfernt sein. Dieses Phänomen der Vermischung von Überresten unterschiedlichen Alters in derselben Schicht wird als „Zeitmittelung“ bezeichnet.
Die zeitliche Mittelung erfolgt normalerweise am Meeresboden, wo die biologische Aktivität stark ist. Muscheln, Garnelen, Seesterne, Sanddollars, Schnecken, Würmer und andere Tiere graben ständig Kanäle in das Sediment, stören den Meeresboden und bewegen immer wieder Muscheln und andere Skelettreste. Wenn Sedimente diese Überreste schließlich begruben und konservierten, könnten sich die Überreste von Organismen verschiedener Generationen in derselben Fossilschicht konzentrieren.
Es gibt auch verschiedene Faktoren, die diese Vermischung während der Fossilienbildung beeinflussen. Ob biologische Überreste konserviert werden können, hängt davon ab, ob ihre Struktur stabil ist und ob sie rechtzeitig begraben werden können. Die meisten Organismen zerfallen oder werden von Aasfressern gefressen, bevor sie versteinern. Daher besteht der lebende Fossilienbestand hauptsächlich aus hartem Gewebe wie Muscheln und Knochen. Auch die biologische Produktivität hat einen Einfluss, denn je mehr Organismen in der Vergangenheit in einem Gebiet lebten, desto mehr Überreste konnten sich letztlich bilden und Fossilien hinterlassen.
Forscher haben jedoch schon lange vermutet, dass die Geschwindigkeit, mit der sich Sedimente ansammeln, der Schlüssel zur Steuerung des Ausmaßes der zeitlichen Mittelung sein könnte. Sedimente sammeln sich in Umgebungen wie Deltas schnell an, sodass Überreste schnell vergraben werden können und es weniger wahrscheinlich ist, dass Überreste unterschiedlichen Alters miteinander vermischt werden. In Gebieten mit langsamer Sedimentation können sich weiterhin Überreste aus verschiedenen Epochen ansammeln und schließlich zusammen erhalten bleiben.
Um die relative Rolle dieser Faktoren zu testen, haben Forschungsteams aus Australien, Österreich, den Bahamas, Brasilien, Deutschland, Italien, der Slowakei und den Vereinigten Staaten ihre jeweiligen Forschungsergebnisse der letzten etwa 20 Jahre zusammengefasst und mehr als 7.500 Fossilien analysiert, die aus verschiedenen Meeresumgebungen auf der ganzen Welt gesammelt wurden. Die Proben decken Gebiete ab, die von flachen Meeresküsten bis zu den Rändern des Festlandsockels reichen, und werden mithilfe von Methoden wie der Radiokarbondatierung datiert.
Das Forschungsteam konzentrierte sich auf den Einsatz der Radiokarbondatierungstechnologie. Kohlenstoff-14 zerfällt mit der Zeit relativ gleichmäßig, mit einer Halbwertszeit von etwa 5.730 Jahren, sodass das Alter durch Messung der in einer Probe verbleibenden Menge an Kohlenstoff-14 geschätzt werden kann. Da Kohlenstoff-14 mit der Zeit zu niedrig wird, um zuverlässig nachgewiesen zu werden, eignet sich diese Methode hauptsächlich für neuere Fossilienfunde, die weniger als etwa 55.000 Jahre alt sind.
Die Forscher verwendeten auch die Datierungsmethode der Aminosäure-Racemisierung. Diese Methode nutzt die Eigenschaft, dass sich das Verhältnis zwischen verschiedenen Formen von Aminosäuren im Laufe der Zeit regelmäßig ändert, um das Alter der Probe abzuschätzen. In der Vergangenheit konnte ein einzelnes Forschungsteam aufgrund der hohen Kosten der Radiokarbon- und Aminosäuredatierung oft nur ein paar Dutzend Proben untersuchen, während für die Analyse zeitlich gemittelter Phänomene Tausende von Fossilien erforderlich waren. Diese groß angelegte Datenintegration wurde durch die gemeinsamen Kosten mehrerer Labore, Fortschritte in der Datierungstechnologie und geringere Probenanforderungen ermöglicht.
Nachdem das Forschungsteam die Daten zum Fossilalter erhalten hatte, erstellte es mehrere Sätze von Simulationsmodellen, um die durch grabende Tiere verursachte Bioturbation, die Sedimentansammlungsrate und den Grad der Beschädigung der Überreste anzupassen, und verglich dann die simulierte Altersverteilung mit der tatsächlich gemessenen Altersverteilung der Fossilien. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sedimentationsrate den deutlichsten Einfluss auf den Vermischungsgrad der Fossilienalter hat und andere Faktoren bei weitem übertrifft.
Forscher sagen, dass es möglich ist, abzuschätzen, wie lange eine Fossiliengruppe bereits aufgezeichnet wurde, sofern die Geschwindigkeit der Sedimentansammlung aus geologischen und umweltbezogenen Zusammenhängen abgeleitet werden kann. Je schneller die Sedimentation erfolgt, desto leichter können Muscheln oder Knochen vergraben werden, bevor sich die Überreste verschiedener Generationen vermischen. Je langsamer die Sedimentation, desto länger ist der Zeitrahmen, der typischerweise durch die Fossilschichten komprimiert wird.
Der durch diese Studie erstellte Datensatz ist möglicherweise eine der größten derzeit verfügbaren Sammlungen fossiler Kohlenstoffdatierungsdaten. Das Forschungsteam gab an, dass die Daten in Zukunft auch zur Untersuchung anderer Erscheinungsformen zeitlich gemittelter Phänomene und damit verbundener geologischer und biologischer Prozesse verwendet werden können. Wenn das gleiche Muster auf ältere, tiefere Meeressedimentumgebungen zutrifft, können Wissenschaftler diese Schlussfolgerung möglicherweise auf den Fossilienbestand übertragen, lange bevor Kohlenstoff-14 messbar ist.
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