해양 무척추동물 화석 기록에서 발견된 62백만년 주기의 생물다양성 주기성

초록

고생물학 데이터베이스(PBDB)와 Sepkoski 데이터베이스를 이용한 시계열 분석에서 약 63 Myr 주기의 생물다양성 변동이 유의하게 나타났다. 두 데이터셋의 교차 스펙트럼은 62 Myr 주기가 위상 차이 1.6 Myr 이하로 일치함을 보여, 이 주기가 표본 편향이 아닌 실제 화석 기록에 내재된 현상임을 강하게 시사한다.

상세 분석

본 연구는 PBDB에 수록된 해양 무척추동물 화석 종 다양성 시계열을 5 Myr 간격으로 재구성하고, 고전적인 푸리에 변환과 멀티톤 스펙트럼 분석을 적용하였다. 먼저 데이터의 장기 추세를 다항식(3차)으로 제거(detrending)한 뒤, 남은 잔차에 대해 파워 스펙트럼을 계산하였다. 그 결과 62~63 Myr 주기의 강한 피크가 나타났으며, 통계적 유의성은 99 % 신뢰구간을 초과하였다. 동일한 절차를 Sepkoski 데이터베이스에 적용한 이전 연구와 비교했을 때, 두 데이터셋 모두 동일한 주기를 보였을 뿐 아니라 교차 스펙트럼 분석을 통해 위상 차이가 1.6 Myr에 불과함을 확인했다. 이는 두 독립적인 데이터베이스가 서로 다른 표본 수집·보정 방법을 사용했음에도 불구하고 동일한 주기가 재현된 강력한 증거이다.

분석 과정에서 두 개의 부가적인 피크가 관찰되었는데, 하나는 30 Myr 근처, 다른 하나는 100 Myr 이상에서 나타났다. 저자는 이들 피크가 각각 추세 제거 과정에서 발생한 인공적인 진동과, 데이터 구간 길이(시간 해상도)의 증가에 따른 스펙트럼 누설 효과에 기인한다고 판단했다. 또한 PBDB 협력이 제공한 샘플링 표준화 절차(예: 신뢰구간 보정, 지리적·시대적 표본 균등화)를 적용함으로써, 표본 편향이 주기 신호에 미치는 영향을 최소화하였다.

통계적 검증으로는 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 무작위 시계열에 동일한 분석을 수행했으며, 62 Myr 피크가 우연히 발생할 확률이 0.5 % 이하임을 확인했다. 따라서 이 주기는 통계적 잡음이 아니라 실제 지구 환경 변화와 연관된 현상일 가능성이 높다.

가능한 메커니즘으로는 기하학적 천문학적 요인(예: 은하 진동, 태양계의 위성 궤도 변동), 지구 내부의 맨틀 플룸 주기, 대기·해양 화학 변동 등이 제시되었지만, 현재 데이터만으로는 원인 규명이 불가능하다. 저자는 향후 지구물리·천문학적 모델링과 고해상도 지층 기록을 결합한 다학제 연구가 필요하다고 강조한다.