Soziale Netzwerke für Fossilien zeigen die Auswirkungen von Massensterben auf die Gemeinschaft

Durch die Anwendung eines Algorithmus, der dem ähnlich ist, den Facebook verwendet, um Freundschaftsvorschläge zu machen, haben Forscher Gemeinschaften des alten Lebens im Fossilienbestand identifiziert und verfolgt, wie sich ihre Anzahl durch jedes Massensterben des Planeten verändert hat.

Wie erwartet ging die Zahl der Lebensgemeinschaften – eine Gruppe verschiedener Arten, die im selben Gebiet leben – während Massensterben zurück. Aber die Rate, mit der Gemeinschaften verschwanden, stimmte nicht immer mit dem Gesamtverlust an Leben und Biodiversität während eines Aussterbens überein, ein Ergebnis, das darauf hindeutet, dass die ökologischen Auswirkungen eines Aussterbens nicht immer mit der Anzahl der aussterbenden Arten zusammenhängen.

„Es gab Zeiten in unserer Geschichte, in denen es große Ereignisse gab, die zu enormen Veränderungen in den Gemeinschaften führten, aber nur sehr wenige Arten verschwanden“, sagte der Hauptautor Drew Muscente, der die Studie als Postdoktorand an der University of Texas durchführte Austins Jackson School of Geosciences. „Und es gab Ereignisse, bei denen viele Arten verschwunden waren und Gemeinschaften und Ökosysteme kaum betroffen waren.“

Muscente ist jetzt Assistenzprofessor am Cornell College. Die Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Geologie.

Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, Gemeinschaften zu untersuchen, um eine breitere Perspektive auf Umweltveränderungen zu erhalten – sowohl in der Vergangenheit als auch in der Gegenwart.

„Wir versuchen zu verstehen, wie Veränderungen in diesen Gemeinschaften zu einer grundlegenden Transformation ganzer Ökosysteme führen“, sagte Co-Autor Rowan Martindale, außerordentlicher Professor an der Jackson School.

Die Identifizierung von Gemeinschaften im Fossilienbestand ist notorisch schwierig. Die meisten Forschungen zu Paläogemeinschaften konzentrieren sich auf den Vergleich von Proben und Sammlungen von Fossilien, die Gesteinen unterschiedlichen Alters und an unterschiedlichen Orten entnommen wurden. Und obwohl herkömmliche Computermethoden verwendet werden können, um Proben in Paläogemeinschaften zu gruppieren, funktionieren sie am besten mit relativ kleinen Datensätzen von nur wenigen hundert oder tausend Fossiliensammlungen. Aufgrund dieser Einschränkung können die herkömmlichen Methoden nur auf Daten aus bestimmten Regionen und Zeiträumen angewendet werden, im Gegensatz zum gesamten Datensatz.

Den Forschern gelang es, diese Herausforderungen zu überwinden und den gesamten Fossilienbestand zu untersuchen, indem sie einen auf Netzwerkanalysemethoden basierenden Community-Erkennungsalgorithmus anwendeten. Social-Media-Unternehmen sind dafür bekannt, dass sie diese Art von Methoden verwenden, um Benutzer miteinander zu verbinden, aber sie werden zunehmend in einer Reihe von wissenschaftlichen Disziplinen angewendet.

Laut Muscente ist diese Studie das erste Mal, dass die Netzwerkanalyse angewendet wurde, um Paläogemeinschaften im gesamten Fossilienbestand des Meerestierlebens zu erkennen – vom ersten Auftreten des Tierlebens bis zur gegenwärtigen geologischen Ära.

Matthew Clapham, ein Paläobiologieprofessor an der University of California Santa Cruz, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, dass ein weiterer Vorteil der Netzwerkanalysemethode darin besteht, dass die Betonung auf der Visualisierung von Verbindungen liegt und nicht nur auf den Arten von Tieren, die in einem Ökosystem vorkommen.

„Es bringt die Analyse näher an die Art und Weise heran, wie die Gemeinschaften tatsächlich funktionierten, weil Gemeinschaften und Interaktionen zwischen Arten Netzwerke sind“, sagte er.

Auf der Grundlage einer Datenbank mit 124.605 Sammlungen von Meerestierfossilien aus der ganzen Welt, die 25.749 lebende und ausgestorbene Tiergruppen oder Gattungen repräsentieren, identifizierte der Algorithmus mehr als 47 Millionen Verbindungen zwischen diesen Proben und organisierte sie in 3.937 verschiedenen Paläogemeinschaften.

Die Studie verfolgte die Gemeinschaften und die Biodiversität in den letzten 541 Millionen Jahren. Die Forschung zeigte, dass das Massensterben zwar beide belastete, der Grad des Rückgangs jedoch manchmal unterschiedlich war.

Einige Artensterben betrafen Gemeinschaften mehr als die Artenvielfalt. Einige beeinträchtigten die Biodiversität mehr als Gemeinschaften. Und einige betrafen beide ungefähr gleich.

Darüber hinaus fanden die Forscher keinen Zusammenhang zwischen der Ursache eines Aussterbens und ob es einen großen Tribut von Gemeinschaften oder Biodiversität forderte.

Die Ergebnisse zeigen, dass die größeren ökologischen Auswirkungen des Artensterbens eher darauf abzielen, welche Arten verloren gehen, als auf die Anzahl der Arten, die verloren gehen. Wenn die Hauptakteure einer Umwelt erhalten bleiben, können Gemeinschaften intakt bleiben. Doch wenn zu viele dieser Spieler entfernt werden, bröckelt die Community mit.

Muscente sagte, er hoffe, dass die Methoden der Netzwerkanalyse, die erstmals in dieser Studie angewendet wurden, verbessert und zur Untersuchung moderner Ökosysteme verwendet werden könnten.

„Ich möchte versuchen, die Lücke von der Rock-Platte bis zur Gegenwart zu schließen“, sagte er.