想象一下，现代野外生物学家被送回 6600 万年前的北达科他州，正值白垩纪末期灭绝的边缘。他们漫步在松树雨林和棕榈灌木丛生的河岸，着手记录他们观察到的恐龙物种数量。在将他们的研究对象分类为物种时，他们需要考虑各种特征：颜色图案、软组织、行为甚至遗传物质。这些穿越时空的生物学家会识别出多少个物种？这些物种中有多少在化石记录中留下了可识别的骨骼？
解析已灭绝动物的分类学是一项出了名的棘手业务。在古生物学的大部分历史中，研究人员一直在争论某些物种应该合并还是分开，这取决于他们对不完整且有争议的化石的解读。当涉及到恐龙时，此类分类学辩论往往会成为头条新闻。在过去的两年里，多项研究试图澄清被称为霸王龙的动物实际上是否代表单一物种。其他研究正在权衡是否要拆分著名的类群，例如迅猛龙为多个类群。
这不仅仅是一些深奥的学术辩论。一些古生物学家认为，我们对史前生物多样性的估计严重失实，以至于有可能歪曲我们对当今地球生命状况的理解。
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马里兰大学古生物学家汤姆·霍尔茨说：“在之前的环境灾难中，实际物种损失数量可能总是比我们目前记录的更糟，因为我们可能将不止一个物种归为一个名称。”
北卡罗来纳自然科学博物馆的古生物学家詹姆斯·那不勒斯说，物种是生物学的“操作单位”。它们也很难界定，边界模糊不清，并根据各种定义而变化。物种的定义可能基于身体差异、地理范围、进化谱系以及种群是否可以或确实可以杂交等等。因此，毫不奇怪的是，今天有多少物种存活的问题是有争议的：估计值从两百万到近九百万，再到一万亿，具体取决于所使用的方法和假设。一些研究人员认为，我们认为是物种的许多生物群实际上包含了多个物种的复合体，这些物种只能通过遗传学才能看到。
在过去的几十年里，种群遗传学使科学家能够研究基因如何在现代种群中流动（或不流动），从而导致许多以前未被识别的“隐秘物种”，例如长颈鹿、猩猩、鸵鸟和鳄鱼。无脊椎动物中甚至存在更多的潜在多样性，一些研究人员估计，根据解剖学描述的每种昆虫物种可能包含三到六个隐秘物种。牛津大学古生物生物学家艾琳·索普说：“隐秘物种对现代和化石记录的研究都提出了实际和理论上的挑战”，这就是为什么更好地了解它们很重要。
就化石生物而言，这说起来容易做起来难。相对较少的生物被化石化。更少有生物能够以特别好的状态度过漫长的岁月。德国埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学的古生物学家努赛巴·拉贾说，虽然一些富含化石的地区得到了很好的研究，但殖民强国不平等的化石采集历史和科学资助方面的深刻不平等意味着其他地区却在衰落。
即使在采样良好、保存相对完好的化石生态系统中——例如蒙大拿州和达科他州恶地的最新白垩纪岩石——要理清动物之间的关系也可能很棘手。遗传数据通常不适用于化石生物。相反，古生物学家通常必须依靠保存下来的骨骼、贝壳和牙齿的解剖学差异。这些区别是研究人员用来将动物分配到不同物种的原因。但坚硬的解剖结构可能会令人困惑：有时不清楚两个标本是属于不同的物种还是代表同一类型生物的不同生长阶段，那不勒斯说。当人们试图追踪物种随时间推移的丰富度时，无论采用哪种解释都会产生严重的连锁反应。
因此，霍尔茨说，化石物种不能像现代物种那样作为生物多样性评估的测量单位来运作。特别是脊椎动物古生物学家通常没有足够的任何给定动物的化石来理解该物种的完整变异范围，就像他们可以对现代物种所做的那样。
因此，化石记录中物种丰富度的大多数研究都依赖于“适度但常见的，而不是稀有但有魅力的”，他观察到。这些包括硬壳无脊椎动物，如三叶虫、菊石和微型介形虫——这些生物留下密集而常见的遗骸。与此同时，脊椎动物古生物学家“几乎没有足够的物种可以工作，以至于我们的许多分析甚至无法运行”，这使得将过去物种多样性的估计值与现代物种多样性的估计值联系起来变得困难，埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学的古生物生物学家艾玛·邓恩说。
因此，如何衡量过去生物多样性数量的兴衰问题一直受到未知因素的困扰。邓恩指出，一些研究人员倾向于通过较少关注物种数量问题，而是关注更高层次的区别来回避这个问题：给定单位的含化石岩石中属或科的数量以及它们的分布随时间变化的方式。（这种方法在研究昆虫s或植物的人中很常见，即使保存完好，它们的化石也可能模棱两可。）其他学者试图通过统计手段来弥补记录中的空白。“当我们计算生物多样性趋势时，我们不看绝对数字，因为这些数字不能代表当时的‘真实’生物多样性，”拉贾说。常见物种比稀有物种更可能被化石化。统计方法可用于解释化石记录中的保存偏差，并允许对相对生物多样性趋势进行更高级别的分析，即使更精细的分析很困难。
研究人员还可以解释抽样偏差。人们选择将时间和注意力集中在哪些地点很重要，而且与实际上相比，重要的研究可以使一个地区显得物种更丰富。“在过去五到十年里，人们一直在大力推动不同化石产地之间的标准化：标准化某个地方发生的采集量，标准化可用于采集的岩石量，”那不勒斯说，“这样我们对随时间推移的多样性的比较才能尽可能公正。”
霍尔茨指出，化石记录的某些区域足够详细，可以追踪环境如何随时间变化以及物种如何随之变化。例如，在北美洲晚白垩世，一种三角龙似乎在气候和景观经历了数千年的变化后进化成了另一种。在这种情况下，化石记录有助于确定“物种是否因为当地环境不再适宜居住而迁徙，或者身体大小是否发生变化，或者‘丰度是否发生了变化？’”拉贾说。她认为，此类研究可以直接针对有关气候变化的问题。
但拉贾坚持认为，化石记录不能用作衡量现代生物多样性变化的标尺。“我们不能也不应该将化石记录和现代世界进行 1:1 的比较，”她说。“化石记录为理解现代世界正在发生的事情提供了宝贵的信息。但是我们从化石记录中识别出的事件跨越了数千年和数百万年，因此，如果我们使用相同的数值来解决当前的生物多样性丧失问题，我们将最终得到人为降低的速率。”
即使只是试图衡量过去生物多样性的变化也很棘手。一些专家对统计方法可以弥补化石记录中的空白这一观点表示怀疑。史密森尼国家自然历史博物馆脊椎动物古生物学馆长汉斯-迪特·苏斯指出，经常被引用的统计数据是，大约 2.52 亿年前，在二叠纪大灭绝的蹂躏中，大约 81% 的海洋物种和 70% 的陆地物种消失了。“我们知道很多东西都灭绝了，”他说，但这些数字都是推断和统计数据，除了少数地方外，没有实际的物种数据作为依据。在世界其他地方，根本没有发现这个时期的化石。
那不勒斯说，在试图解决地球生命多样性在漫长岁月中如何变化的问题时，关键是要承认我们能知道什么和不能知道什么。可能存在我们未知的物种隐藏在霸王龙和三角龙的骨骼中。将它们梳理出来将有助于更精细地了解大型动物群在白垩纪期间是如何变化的。对于超出此范围的任何事物，人们最好开始研究时间机器。