uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Quantitative Comparison of Organic Fossil Preservation Styles in the Cambrian
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences. (Paleobiology)
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The early Cambrian radiation of metazoans is one of the most crucial events in the history of the Earth system. Assessment of its extent and magnitude relies on the fossil record, which is deeply biased in favour of biomineralizing organisms. Fossil evidence of the major, soft-bodied component of metazoan diversity largely relies on narrow taphonomic windows such as Burgess Shale-type (BST) deposits. Small Carbonaceous Fossils (SCFs), a recently identified subset of organic-walled microfossils extracted using a low-manipulation procedure, show promising signs of bridging these taphonomic gaps. Typically encompassing the fragmentary remains of metazoans, but preserved in a BST fashion, SCFs are inherently more abundant than their macrofossil counterparts. Understanding the processes that lead to BST preservation is a topic that has typically been approached by focussing on uncovering the set of geochemical or sedimentary criteria that define such deposits – current SCFs studies have followed a similar line of enquiry. However, very little is known about the extent to which the SCFs taphonomic window transcends the limits of BST preservation, and in particular how it relates to the more conventional and more common forms of organic preservation (e.g. acritarchs). This study presents a detailed quantitative analysis of abundance patterns among SCFs and conventional palynomorphs in a lower Cambrian siliciclastic sequence from the island of Gotland (Sweden).  Patterns of similarity between samples were assessed using Non-Metric Multidimensional Scaling (NMDS) and Correspondence Analysis (CA) independently for respective SCFs and palynological datasets. These data were then compared and discussed in the light of identified biases inherent to each processing technique. A strong and unexpected relationship was revealed between metazoan abundance and samples exhibiting an extreme dominance of a particular palynomorph type (either sphaeromorphs or filaments). Within the framework of the early Cambrian Baltic Basin, this correlation points to the potential role of phytoplankton dynamics in exerting an influence on SCFs preservation. Broader recognition of this relationship in other settings has the potential to stimulate worldwide sampling of SCFs, and thereby improve the ability of these fossils to capture large-scale patterns comparable to the more conventional shelly and organic fossil records.

The early Cambrian radiation of metazoans is one of the most crucial events in the history of the Earth system. Assessment of its extent and magnitude relies on the fossil record, which is deeply biased in favour of biomineralizing organisms. Fossil evidence of the major, soft-bodied component of metazoan diversity largely relies on narrow taphonomic windows such as Burgess Shale-type (BST) deposits. Small Carbonaceous Fossils (SCFs), a recently identified subset of organic-walled microfossils extracted using a low-manipulation procedure, show promising signs of bridging these taphonomic gaps. Typically encompassing the fragmentary remains of metazoans, but preserved in a BST fashion, SCFs are inherently more abundant than their macrofossil counterparts. Understanding the processes that lead to BST preservation is a topic that has typically been approached by focussing on uncovering the set of geochemical or sedimentary criteria that define such deposits – current SCFs studies have followed a similar line of enquiry. However, very little is known about the extent to which the SCFs taphonomic window transcends the limits of BST preservation, and in particular how it relates to the more conventional and more common forms of organic preservation (e.g. acritarchs).

    This study presents a detailed quantitative analysis of abundance patterns among SCFs and conventional palynomorphs in a lower Cambrian siliciclastic sequence from the island of Gotland (Sweden).  Patterns of similarity between samples were assessed using Non-Metric Multidimensional Scaling (NMDS) and Correspondence Analysis (CA) independently for respective SCFs and palynological datasets. These data were then compared and discussed in the light of identified biases inherent to each processing technique.

      A strong and unexpected relationship was revealed between metazoan abundance and samples exhibiting an extreme dominance of a particular palynomorph type (either sphaeromorphs or filaments). Within the framework of the early Cambrian Baltic Basin, this correlation points to the potential role of phytoplankton dynamics in exerting an influence on SCFs preservation. Broader recognition of this relationship in other settings has the potential to stimulate worldwide sampling of SCFs, and thereby improve the ability of these fossils to capture large-scale patterns comparable to the more conventional shelly and organic fossil records.

Abstract [sv]

Den ’Kambriska explosionen’ ger namn åt den dramatiska diversifieringen av komplexa flercelliga djur som förekommer i den Kambriska geologiska perioden (541-485 miljoner år sedan).  Denna explosionsartade utveckling förändrade helt jordens ekosystem, vilket ledde till förändringar i de globala biogeokemiska kretsloppen och gav upplopp till de första komplexa näringskedjorna. Dock är nuvarande kunskap om denna världsomvälvande händelse främst baserad på fossiler av djur med skal eller andra mineraliserade hårddelar, vilka bara utgör en liten del av den totala mångfalden både i moderna och uråldriga ekosystem. Dessvärre är fossila lämningar av mjukdelar sällsynta eftersom dessa bevaras mycket dåligt. Detta har länge försvårat förståelsen och rekonstruktionen av utvecklingen i djurens mångfald som den Kambriska explosionen gav upphov till. Organiska mikrofossil, kända som palynomorfer, är ofta välbevarade i kambriska bergarter. Palynomorfer består främst av mycket resistenta cellväggar från okänt biologiskt ursprung, som extraheras från stenprover efter behandling med syra. Dessa mikrofossiler, kända som “akritarker” och filament, anses däremot vara fytoplankton. Med hjälp av en ny mildare syrabehandling upptäcktes nyligen dock en ny form av organisk mikrofossil, kända som ”Small Carbonaceous Fossils” (Små Kolhaltiga Fossiler), eller SCFer. Dessa omfattar vanligtvis fragmentariska rester av djur bevarade på en mycket fin detaljnivå. Lämningar av SCFer har visat sig vara mycket rikligare än fynden av hela makrofossiler av mjukvävnad som endast bevaras under mycket exceptionella omständigheter. Nuvarande provtagning av SCFer är dock på ett tidigt stadium och lider av vår brist på förståelse för vilka processer som är betydande för deras bevarande. I denna studie jämför vi fossila lämningar av SCFer med dem av mer konventionella palynomorfer för att kasta nytt ljus på möjliga gemensamma faktorer som kontrollerar deras bevarande.  Prover erhölls från en sedimentär lagerföljd borrad på ön Gotland (Sverige) och bearbetades med användningen av både traditionella och mer försiktiga prepareringsmetoder. Med hjälp av kvantitativa metoder visar denna studie ett starkt och oväntat förhållande mellan mängden SCFer och prover som uppvisar extrem dominans av en viss typ av palynomorf. Detta pekar på att det inom det Kambriska Östersjöområdet finns ett potentiellt samband mellan dynamiken av fytoplankton och bevarandet av SCFer. Denna kunskap kan tillämpas på en bredare nivå och har potential att stimulera mer global provtagning av SCFer, vilket kommer att förbättra dessa fossilers förmåga att fånga storskaliga mönster i utvecklingen av djuren och deras mångfald.

Den ’Kambriska explosionen’ ger namn åt den dramatiska diversifieringen av komplexa flercelliga djur som förekommer i den Kambriska geologiska perioden (541-485 miljoner år sedan).  Denna explosionsartade utveckling förändrade helt jordens ekosystem, vilket ledde till förändringar i de globala biogeokemiska kretsloppen och gav upplopp till de första komplexa näringskedjorna. Dock är nuvarande kunskap om denna världsomvälvande händelse främst baserad på fossiler av djur med skal eller andra mineraliserade hårddelar, vilka bara utgör en liten del av den totala mångfalden både i moderna och uråldriga ekosystem. Dessvärre är fossila lämningar av mjukdelar sällsynta eftersom dessa bevaras mycket dåligt. Detta har länge försvårat förståelsen och rekonstruktionen av utvecklingen i djurens mångfald som den Kambriska explosionen gav upphov till. 

    Organiska mikrofossil, kända som palynomorfer, är ofta välbevarade i kambriska bergarter. Palynomorfer består främst av mycket resistenta cellväggar från okänt biologiskt ursprung, som extraheras från stenprover efter behandling med syra. Dessa mikrofossiler, kända som “akritarker” och filament, anses däremot vara fytoplankton. Med hjälp av en ny mildare syrabehandling upptäcktes nyligen dock en ny form av organisk mikrofossil, kända som ”Small Carbonaceous Fossils” (Små Kolhaltiga Fossiler), eller SCFer. Dessa omfattar vanligtvis fragmentariska rester av djur bevarade på en mycket fin detaljnivå. Lämningar av SCFer har visat sig vara mycket rikligare än fynden av hela makrofossiler av mjukvävnad som endast bevaras under mycket exceptionella omständigheter. Nuvarande provtagning av SCFer är dock på ett tidigt stadium och lider av vår brist på förståelse för vilka processer som är betydande för deras bevarande. 

    I denna studie jämför vi fossila lämningar av SCFer med dem av mer konventionella palynomorfer för att kasta nytt ljus på möjliga gemensamma faktorer som kontrollerar deras bevarande.  Prover erhölls från en sedimentär lagerföljd borrad på ön Gotland (Sverige) och bearbetades med användningen av både traditionella och mer försiktiga prepareringsmetoder. Med hjälp av kvantitativa metoder visar denna studie ett starkt och oväntat förhållande mellan mängden SCFer och prover som uppvisar extrem dominans av en viss typ av palynomorf. Detta pekar på att det inom det Kambriska Östersjöområdet finns ett potentiellt samband mellan dynamiken av fytoplankton och bevarandet av SCFer. Denna kunskap kan tillämpas på en bredare nivå och har potential att stimulera mer global provtagning av SCFer, vilket kommer att förbättra dessa fossilers förmåga att fånga storskaliga mönster i utvecklingen av djuren och deras mångfald.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 64
Series
Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553 ; 431
Keywords [en]
SCFs, Burgess Shale, acritarchs, taphonomy, Cambrian, Palaeobiology
Keywords [sv]
SCFer, Burgesskiffern, Tafonomi, akritarker, Kambrium, Paleobiologi
National Category
Other Earth and Related Environmental Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-354078OAI: oai:DiVA.org:uu-354078DiVA, id: diva2:1221150
Subject / course
Earth science
Educational program
Master Programme in Earth Science
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-06-19 Created: 2018-06-19 Last updated: 2018-06-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

The full text will be freely available from 2020-06-30 17:05
Available from 2020-06-30 17:05

By organisation
Department of Earth Sciences
Other Earth and Related Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 14 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf