وجدت الدراسة أن معدل الترسيب في قاع البحر يحدد "الدقة الزمنية" للحفريات البحرية

الملخص:

أظهرت دراسة تعاونية دولية استمرت نحو 20 عامًا أن سرعة تراكم الرواسب في قاع البحر هي العامل الأكثر أهمية في تحديد ما إذا كانت البقايا البيولوجية ذات الأعمار المختلفة ستختلط في نفس الطبقة الأحفورية. ويعتقد الباحثون أن هذا الاكتشاف سيساعد علماء الحفريات على تحديد النطاق الزمني الذي تمثله مجموعة الحفريات بشكل أكثر دقة وتحسين القدرة على إعادة بناء النظم البيئية القديمة.

غالبًا ما تبدو الحفريات الموجودة في نفس الطبقة من الرواسب البحرية وكأنها تنتمي إلى نفس المجتمع القديم، ولكن في الواقع، قد تكون الكائنات الحية المحفوظة جنبًا إلى جنب متباعدة بمئات أو حتى آلاف السنين. وتسمى ظاهرة اختلاط بقايا العصور المختلفة في نفس الطبقة بـ "المتوسط ​​الزمني".

يحدث المتوسط ​​الزمني عادة في قاع البحر حيث يكون النشاط البيولوجي قويا. المحار، والروبيان، ونجم البحر، والدولارات الرملية، والقواقع، والديدان وغيرها من الحيوانات تحفر باستمرار قنوات في الرواسب، مما يزعج قاع البحر ويحرك الأصداف وبقايا الهياكل العظمية الأخرى بشكل متكرر. عندما دفنت الرواسب هذه البقايا في نهاية المطاف وحافظت عليها، يمكن أن تتركز بقايا الكائنات الحية من أجيال مختلفة في نفس الطبقة الأحفورية.

هناك أيضًا عوامل مختلفة تؤثر على هذا الخلط أثناء تكوين الحفريات. تعتمد إمكانية الحفاظ على البقايا البيولوجية على ما إذا كانت بنيتها قوية وما إذا كان من الممكن دفنها في الوقت المناسب. تتحلل معظم الكائنات الحية أو تأكلها الحيوانات المفترسة قبل أن تتحول إلى حفريات، وبالتالي فإن سجل الحفريات الحية يتكون بشكل أساسي من أنسجة صلبة مثل الأصداف والعظام. وللإنتاجية البيولوجية تأثير أيضًا، لأنه كلما زاد عدد الكائنات الحية التي عاشت في منطقة ما في الماضي، زاد عدد البقايا التي تمكنت في النهاية من تكوين الحفريات وتركها.

ومع ذلك، فقد اشتبه الباحثون منذ فترة طويلة في أن معدل تراكم الرواسب قد يكون المفتاح للتحكم في درجة متوسط ​​الوقت. تتراكم الرواسب بسرعة في بيئات مثل الدلتا، لذلك يمكن دفن البقايا بسرعة، كما تقل احتمالية اختلاط البقايا من العصور المختلفة معًا. في المناطق التي يكون فيها الترسيب بطيئًا، قد تستمر البقايا من فترات مختلفة في التراكم ويتم الحفاظ عليها معًا في النهاية.

لاختبار الدور النسبي لهذه العوامل، قامت فرق بحثية من أستراليا، والنمسا، وجزر البهاما، والبرازيل، وألمانيا، وإيطاليا، وسلوفاكيا، والولايات المتحدة بتجميع نتائج أبحاثها التي تم إنجازها على مدار العشرين عامًا الماضية أو نحو ذلك، وتحليل أكثر من 7500 حفرية تم جمعها من بيئات بحرية مختلفة حول العالم. تغطي العينات مناطق تتراوح من سواحل البحر الضحلة إلى حواف الجرف القاري، وقد تم تأريخها باستخدام طرق مثل التأريخ بالكربون المشع.

ركز فريق البحث على استخدام تقنية التأريخ بالكربون المشع. يتحلل الكربون 14 بمعدل ثابت نسبيًا مع مرور الوقت، حيث يبلغ عمر النصف حوالي 5730 عامًا، لذلك يمكن تقدير العمر عن طريق قياس كمية الكربون 14 المتبقية في العينة. نظرًا لأن الكربون 14 يصبح منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه بشكل موثوق بمرور الوقت، فإن هذه الطريقة مناسبة بشكل أساسي للسجلات الأحفورية الأحدث التي يقل عمرها عن 55000 عام.

استخدم الباحثون أيضًا طريقة تأريخ سباق الأحماض الأمينية. تستخدم هذه الطريقة خاصية أن النسبة بين الأشكال المختلفة للأحماض الأمينية تتغير بانتظام مع مرور الوقت لتقدير عمر العينة. في الماضي، وبسبب التكلفة العالية للتأريخ بالكربون المشع والأحماض الأمينية، كان بإمكان فريق بحث واحد في كثير من الأحيان فحص بضع عشرات من العينات فقط، في حين أن تحليل الظواهر المتوسطة الوقت كان يتطلب آلاف الحفريات. أصبح تكامل البيانات على نطاق واسع هذا ممكنًا بفضل التكاليف المشتركة لمختبرات متعددة، والتقدم في تكنولوجيا المواعدة، وانخفاض متطلبات العينات.

بعد الحصول على بيانات العصر الأحفوري، أنشأ فريق البحث مجموعات متعددة من نماذج المحاكاة لضبط الاضطراب البيولوجي الناجم عن الحيوانات المختبئة، ومعدل تراكم الرواسب ودرجة الضرر الذي لحق بالبقايا، ثم قارن التوزيع العمري المحاكى مع التوزيع الفعلي لعمر الحفريات. وأظهرت النتائج أن معدل الترسيب له التأثير الأكثر وضوحا على درجة اختلاط العصور الأحفورية، متجاوزا العوامل الأخرى بكثير.

يقول الباحثون إنه من الممكن تقدير المدة التي تم فيها تسجيل مجموعة أحفورية طالما يمكن استنتاج معدل تراكم الرواسب من السياقات الجيولوجية والبيئية. كلما كانت عملية الترسيب أسرع، كان من الأسهل دفن الأصداف أو العظام قبل أن تمتزج بقايا الأجيال المختلفة. كلما كانت عملية الترسيب أبطأ، كلما زاد الإطار الزمني المضغوط عادةً بواسطة الطبقات الأحفورية.

قد تكون مجموعة البيانات التي أنشأتها هذه الدراسة واحدة من أكبر مجموعات بيانات التأريخ بالكربون الأحفوري المتوفرة حاليًا. وذكر فريق البحث أنه يمكن أيضًا استخدام البيانات لدراسة المظاهر الأخرى لظواهر متوسط ​​الزمن والعمليات الجيولوجية والبيولوجية ذات الصلة في المستقبل. إذا كان النمط نفسه ينطبق على البيئات الرسوبية البحرية الأقدم والأعمق، فقد يتمكن العلماء من توسيع هذا الاستنتاج ليشمل السجل الأحفوري قبل وقت طويل من إمكانية قياس الكربون 14.