Gamle marine faunaer låser op for de opvarmende oceaners hemmeligheder

Medlemmer af Syracuse University's College of Arts and Sciences kaster nyt lys over et vedvarende mysterium - et mysterium, der er millioner af år undervejs.

Et hold af palæontologer ledet af professor Cathryn Newton har øget forskernes forståelse af, om devonske marine faunaer, hvis fossiler er anbragt i en enhed af grundfjeld i det centrale New York kendt som Hamilton Group, var stabile i millioner af år, før de bukkede under for bølger af udryddelse.

Med udgangspunkt i 15 års kvantitativ analyse med kollega-professor Jim Brower (der døde i 2018), Newton har fortsat med at undersøge strukturen af ​​disse gamle fossile samfund, blandt de mest kendte på jorden.

Gruppens resultater, rapporteret af Geological Society of America (GSA), give kritiske nye beviser for det usædvanlige, langsigtet stabilitet af disse samfund i devonperioden.

Sådan vedholdenhed, Newton siger, er en langvarig videnskabelig gåde. Hun og hendes kolleger testede hypotesen om, at disse gamle samfund udviste koordineret stasis - en teori, der forsøger at forklare arternes opståen og forsvinden på tværs af geologisk tid.

Newton og Brower, sammen med deres elev Willis Newman G'93, fandt, at devonske havsamfund varierer mere i artssammensætning, end teorien forudsiger. Newton påpeger, at de forsøgte ikke at modbevise koordineret stasis, men snarere at få en mere sofistikeret forståelse af, hvornår den er anvendelig. "At opdage mere om dynamikken i disse tilsyneladende stabile devonske samfund er kritisk, " siger hun. "Sådan viden har umiddelbar betydning for havsamfundsændringer i vores hurtigt opvarmende have."

Siden geolog James Hall Jr. først udgav en række bind om regionens devonske fossiler og lag i 1840'erne, Hamilton-gruppen er blevet en magnet for både forskere og amatørsamlere. I dag, Det centrale New York bruges ofte til at teste nye ideer om store ændringer i Jordens organismer og miljøer.

Under mellemdevontiden (ca. 380-390 millioner år siden), regionens faunasammensætning ændrede sig lidt over 4-6 millioner år. "Det er en betydelig mængde for marine hvirvelløse samfund at forblive stabile, eller 'låst, '" forklarer Newton, professor ved Institut for Jord- og Miljøvidenskab.

Hun, Brower og studerende forskere brugte år på at undersøge otte samfund af dyr, der engang boede i en varm, lavvandet hav på den nordlige rand af Appalachian Basin (som, evigheder siden, lå syd for ækvator). Da organismerne døde, sediment fra havbunden begyndte at dække deres skaller og exoskeletter. Mineraler fra sedimentet sivede gradvist ind i deres rester, får dem til at forstene. Processen bevarede også mange af dem i levende stilling, bevare originale skalmaterialer på nogle steder.

Disse fossiler befolker i øjeblikket udsat grundfjeld i det centrale New York, lige fra bløde, mørk, dybvandsskifer til hård, artsrige, hylde siltsten. "Samfund nær toppen af ​​grundfjeldet udviser mere taksonomisk og økologisk mangfoldighed end dem i bunden, " siger Newton. "Vi kan sammenligne samfundstyper og sammensætning gennem tiden. De er bemærkelsesværdige steder."

Koordineret stasis har været en kilde til strid siden 1995, da den blev indført. I centrum for striden er to modelbaserede forklaringer:miljøsporing og økologisk låsning.

Miljøsporing tyder på, at faunaer følger deres miljø. "Her, perioder med relativ stase flankeres af koordinerede udryddelser eller regionale forsvindinger. Når omgivelserne ændrer sig, det samme gør havfaunaer, " siger Newton, også professor i tværfaglige videnskaber og dekan emerita for kunst og videnskab.

Økologisk låsning, i modsætning, betragter marine faunaer som tæt strukturerede samfund, modstandsdygtig over for store taksonomiske ændringer. Traditionelt set denne model er blevet brugt til at beskrive stabiliteten af ​​lavere Hamilton faunaer.

Newton og hendes kolleger analyserede mere end 80 prøvesteder, hver indeholdende omkring 300 eksemplarer. Der blev lagt særlig vægt på Cardiff- og Pecksport-medlemmerne, to klippeformationer i Finger Lakes-regionen, der er en del af den gamle Marcellus-undergruppe, berømt for sine naturgasreserver.

"Vi fandt, at lavere Hamilton-faunaer, med to undtagelser, har ikke klare modstykker blandt de øverste. Derfor, vores kvantitative test understøtter ikke den økologiske låsemodel som en forklaring på samfundets stabilitet i disse faunaer, " fortsætter hun.

Newton betragter dette projekt som en sidste hyldest til Newman, en professor i biologi ved State University of New York i Cortland, der døde i 2014, og Brower, som blev alvorligt syg, mens manuskriptet blev færdiggjort. "Jim vidste, at han sandsynligvis ikke ville leve for at se dens udgivelse, " siger Newton, tilføjer, at Brower døde, da papiret blev indsendt til GSA.

Hun siger, at dette nye arbejde udvider og, på nogle måder, fuldender holdets tidligere forskning ved yderligere at analysere samfundsstrukturer i Marcellus-undergruppen. "Det har potentialet til at ændre, hvordan forskere ser langsigtet stabilitet i økologiske samfund."