Relative oversampling of carbonate rocks in the North American marine fossil record

Abstract

Paleontologists have long stressed the need to know how sampling the fossil record might influence our knowledge of the evolution of life. Here, we combine fossil occurrences of North American marine invertebrates from the Paleobiology Database with lithologic data from Macrostrat to identify sampling patterns in carbonate and siliciclastic rocks. We aim to quantify temporal trends in sampling effort within and between lithologies, focusing on the proportion of total available volume that has been sampled (sampled fossiliferous proportion, here called κ). Results indicate that the sampled fossiliferous proportion was stable during the Paleozoic, and variable during the post-Paleozoic, but showed no systematic increase through time. Fossiliferous carbonate rocks are proportionally more sampled than siliciclastic rocks, with intervals where the carbonate κ doubles the siliciclastic κ. Among possible explanations for the apparent oversampling of fossiliferous carbonate rocks, analyses suggest that neither barren units, taphonomic dissolution, nor data entry errors can completely explain sampling patterns. Our results suggest that one of the important drivers might be that paleontologists publish taxonomic descriptions from carbonate rocks more frequently. The higher diversity in carbonate rocks might account for an ease in the description of unknown species and therefore a higher rate of published fossils. Finally, a strong effect in favor of carbonate rocks might distort our perception of diversity through time even under commonly used standardization methods. Our results also confirm that previous descriptions of an increase in the proportion of sampled fossiliferous rocks over time were driven by the sampling of the non-marine fossil record.

Los paleontólogos llevan mucho tiempo insistiendo en la necesidad de saber cómo el muestreo del registro fósil puede influir en nuestro conocimiento de la evolución de la vida. En este trabajo se combinan las ocurrencias fósiles de invertebrados marinos norteamericanos de la Paleobiology Database con datos litológicos de Macrostrat para identificar patrones de muestreo en rocas carbonáticas y siliciclásticas. Nuestro objetivo es cuantificar las tendencias temporales en el esfuerzo de muestreo dentro y entre litologías, centrándonos en la proporción del volumen total disponible que ha sido muestreado (proporción fosilífera muestreada, aquí denominada κ). Los resultados indican que la proporción fosilífera muestreada fue estable durante el Paleozoico y variable durante el Post-Paleozoico, pero no mostró un aumento sistemático a lo largo del tiempo. Las rocas carbonatadas fosilíferas están proporcionalmente más muestreadas que las rocas siliciclásticas, con intervalos en los que el κ carbonático duplica el κ siliciclástico. Entre las posibles explicaciones para el aparente sobremuestreo de rocas carbonáticas fosilíferas, los análisis sugieren que ni las unidades estériles, ni la disolución tafonómica, ni los errores en la introducción de datos pueden explicar completamente los patrones de muestreo. Nuestros resultados sugieren que uno de los factores importantes podría ser que los paleontólogos publican descripciones taxonómicas de rocas carbonáticas con mayor frecuencia. La mayor diversidad en las rocas carbonáticas podría explicar una mayor facilidad en la descripción de especies desconocidas y, por tanto, una mayor tasa de fósiles publicados. Por último, un fuerte efecto a favor de las rocas carbonáticas podría distorsionar nuestra percepción de la diversidad a lo largo del tiempo, incluso con los métodos de estandarización comúnmente utilizados. Nuestros resultados también confirman que las descripciones anteriores de un aumento de la proporción de rocas fosilíferas muestreadas a lo largo del tiempo se debían al muestreo del registro fósil no marino.