요약:
약 20년간 지속된 국제 공동 연구에 따르면 해저 퇴적물의 축적 속도는 서로 다른 연령대의 생물학적 유물이 동일한 화석층에 혼합될 것인지 여부를 결정하는 가장 중요한 요소인 것으로 나타났습니다. 연구원들은 이 발견이 고생물학자들이 화석 그룹이 나타내는 시간 범위를 보다 정확하게 결정하고 고대 생태계를 재구성하는 능력을 향상시키는 데 도움이 될 것이라고 믿습니다.
같은 해양 퇴적층에 있는 화석은 종종 동일한 고대 공동체에서 나온 것처럼 보이지만 실제로 나란히 보존된 유기체는 수백 년, 심지어 수천 년 떨어져 있을 수 있습니다. 이처럼 연대가 다른 유적이 같은 지층에 섞여 있는 현상을 '시간 평균화'라고 한다.
시간적 평균화는 일반적으로 생물학적 활동이 강한 해저에서 발생합니다. 조개, 새우, 불가사리, 모래 달러, 달팽이, 벌레 및 기타 동물은 끊임없이 퇴적물에 수로를 파고 해저를 교란하고 조개 껍질과 기타 골격 잔해를 반복적으로 움직입니다. 퇴적물이 결국 이러한 유적을 묻혀 보존하게 되면, 서로 다른 세대의 유기체 유적이 동일한 화석 층에 집중될 수 있습니다.
화석 형성 과정에서 이러한 혼합에 영향을 미치는 다양한 요인도 있습니다. 생물학적 유해의 보존 여부는 구조가 견고한지, 시간에 맞춰 매장될 수 있는지에 따라 결정됩니다. 대부분의 유기체는 화석화되기 전에 부패하거나 청소동물에 의해 먹히기 때문에 살아있는 화석 기록은 주로 껍질과 뼈와 같은 단단한 조직으로 구성됩니다. 과거에 한 지역에 더 많은 유기체가 살았을수록 궁극적으로 화석을 형성하고 남길 수 있었던 잔해가 더 많아지기 때문에 생물학적 생산성도 영향을 미칩니다.
그러나 연구자들은 퇴적물의 축적 속도가 시간 평균화의 정도를 제어하는 열쇠일 수 있다고 오랫동안 의심해 왔습니다. 삼각주와 같은 환경에서는 퇴적물이 빨리 축적되므로 유해가 빨리 묻힐 수 있고, 서로 다른 연령대의 유해가 섞일 가능성이 적습니다. 퇴적 속도가 느린 지역에서는 서로 다른 시기의 유물이 계속해서 축적되어 결국 함께 보존될 수 있습니다.
이러한 요소의 상대적인 역할을 테스트하기 위해 호주, 오스트리아, 바하마, 브라질, 독일, 이탈리아, 슬로바키아 및 미국의 연구팀은 지난 20여 년 동안 완료된 각자의 연구 결과를 모아 전 세계 다양한 해양 환경에서 수집한 7,500개 이상의 화석을 분석했습니다. 샘플은 얕은 바다 해안에서 대륙붕 가장자리에 이르는 지역을 다루며 방사성 탄소 연대 측정과 같은 방법을 사용하여 연대를 측정합니다.
연구팀은 방사성탄소 연대측정 기술의 활용에 중점을 두었습니다. 탄소-14는 시간이 지남에 따라 상대적으로 일정한 속도로 붕괴하며 반감기는 약 5,730년이므로 표본에 남아 있는 탄소-14의 양을 측정하여 연대를 추정할 수 있습니다. 탄소-14는 시간이 지남에 따라 신뢰성 있게 검출하기에는 너무 낮아지기 때문에 이 방법은 주로 약 55,000년 미만의 최신 화석 기록에 적합합니다.
또한 연구원들은 아미노산 라세미화 연대측정 방법을 사용했습니다. 이 방법은 서로 다른 형태의 아미노산의 비율이 시간이 지남에 따라 규칙적으로 변하는 특성을 이용하여 시료의 연령을 추정하는 것입니다. 과거에는 방사성탄소와 아미노산 연대측정의 높은 비용으로 인해 단일 연구팀이 수십 개의 샘플만 조사할 수 있었던 반면, 시간 평균 현상을 분석하려면 수천 개의 화석이 필요했습니다. 이러한 대규모 데이터 통합은 여러 실험실의 비용 공유, 연대측정 기술의 발전, 샘플 요구량 감소로 인해 가능해졌습니다.
화석연령 데이터를 확보한 연구팀은 굴을 파는 동물로 인한 생물 교란, 퇴적물 축적률, 유해 손상 정도를 조정하기 위해 여러 세트의 시뮬레이션 모델을 구축한 후, 시뮬레이션된 연령 분포를 실제 측정된 화석연대 분포와 비교했습니다. 결과는 퇴적 속도가 다른 요인을 훨씬 능가하여 화석 시대의 혼합 정도에 가장 분명한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.
연구원들은 지질학적, 환경적 맥락에서 퇴적물 축적 속도를 추론할 수 있는 한 화석 그룹이 얼마나 오랫동안 기록되었는지 추정하는 것이 가능하다고 말합니다. 퇴적 속도가 빠를수록 다양한 세대의 유물이 섞이기 전에 껍질이나 뼈가 묻히기 쉽습니다. 퇴적 속도가 느릴수록 일반적으로 화석 지층에 의해 압축되는 기간이 길어집니다.
이 연구에서 생성된 데이터 세트는 현재 이용 가능한 가장 큰 화석 탄소 연대 측정 데이터 컬렉션 중 하나일 것입니다. 연구팀은 이 데이터가 향후 시간 평균 현상과 관련 지질학적, 생물학적 과정의 다른 발현을 연구하는 데에도 사용될 수 있다고 밝혔습니다. 동일한 패턴이 더 오래되고 더 깊은 해양 퇴적 환경에 적용된다면 과학자들은 탄소-14를 측정할 수 있기 훨씬 전에 이 결론을 화석 기록으로 확장할 수 있을 것입니다.
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