想象一下，現代野外生物學家被送回 6600 萬年前的北達科他州，正值白堊紀末期滅絕的邊緣。他們漫步在松樹雨林和棕櫚灌木叢生的河岸，著手記錄他們觀察到的恐龍物種數量。在將他們的研究物件分類為物種時，他們需要考慮各種特徵：顏色圖案、軟組織、行為甚至遺傳物質。這些穿越時空的生物學家會識別出多少個物種？這些物種中有多少在化石記錄中留下了可識別的骨骼？
解析已滅絕動物的分類學是一項出了名的棘手業務。在古生物學的大部分歷史中，研究人員一直在爭論某些物種應該合併還是分開，這取決於他們對不完整且有爭議的化石的解讀。當涉及到恐龍時，此類分類學辯論往往會成為頭條新聞。在過去的兩年裡，多項研究試圖澄清被稱為霸王龍的動物實際上是否代表單一物種。其他研究正在權衡是否要拆分著名的類群，例如迅猛龍為多個類群。
這不僅僅是一些深奧的學術辯論。一些古生物學家認為，我們對史前生物多樣性的估計嚴重失實，以至於有可能歪曲我們對當今地球生命狀況的理解。
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馬里蘭大學古生物學家湯姆·霍爾茨說：“在之前的環境災難中，實際物種損失數量可能總是比我們目前記錄的更糟，因為我們可能將不止一個物種歸為一個名稱。”
北卡羅來納自然科學博物館的古生物學家詹姆斯·那不勒斯說，物種是生物學的“操作單位”。它們也很難界定，邊界模糊不清，並根據各種定義而變化。物種的定義可能基於身體差異、地理範圍、進化譜系以及種群是否可以或確實可以雜交等等。因此，毫不奇怪的是，今天有多少物種存活的問題是有爭議的：估計值從兩百萬到近九百萬，再到一萬億，具體取決於所使用的方法和假設。一些研究人員認為，我們認為是物種的許多生物群實際上包含了多個物種的複合體，這些物種只能透過遺傳學才能看到。
在過去的幾十年裡，種群遺傳學使科學家能夠研究基因如何在現代種群中流動（或不流動），從而導致許多以前未被識別的“隱秘物種”，例如長頸鹿、猩猩、鴕鳥和鱷魚。無脊椎動物中甚至存在更多的潛在多樣性，一些研究人員估計，根據解剖學描述的每種昆蟲物種可能包含三到六個隱秘物種。牛津大學古生物生物學家艾琳·索普說：“隱秘物種對現代和化石記錄的研究都提出了實際和理論上的挑戰”，這就是為什麼更好地瞭解它們很重要。
就化石生物而言，這說起來容易做起來難。相對較少的生物被化石化。更少有生物能夠以特別好的狀態度過漫長的歲月。德國埃爾朗根-紐倫堡弗里德里希·亞歷山大大學的古生物學家努賽巴·拉賈說，雖然一些富含化石的地區得到了很好的研究，但殖民強國不平等的化石採集歷史和科學資助方面的深刻不平等意味著其他地區卻在衰落。
即使在取樣良好、儲存相對完好的化石生態系統中——例如蒙大拿州和達科他州惡地的最新白堊紀岩石——要理清動物之間的關係也可能很棘手。遺傳資料通常不適用於化石生物。相反，古生物學家通常必須依靠儲存下來的骨骼、貝殼和牙齒的解剖學差異。這些區別是研究人員用來將動物分配到不同物種的原因。但堅硬的解剖結構可能會令人困惑：有時不清楚兩個標本是屬於不同的物種還是代表同一型別生物的不同生長階段，那不勒斯說。當人們試圖追蹤物種隨時間推移的豐富度時，無論採用哪種解釋都會產生嚴重的連鎖反應。
因此，霍爾茨說，化石物種不能像現代物種那樣作為生物多樣性評估的測量單位來運作。特別是脊椎動物古生物學家通常沒有足夠的任何給定動物的化石來理解該物種的完整變異範圍，就像他們可以對現代物種所做的那樣。
因此，化石記錄中物種豐富度的大多數研究都依賴於“適度但常見的，而不是稀有但有魅力的”，他觀察到。這些包括硬殼無脊椎動物，如三葉蟲、菊石和微型介形蟲——這些生物留下密集而常見的遺骸。與此同時，脊椎動物古生物學家“幾乎沒有足夠的物種可以工作，以至於我們的許多分析甚至無法執行”，這使得將過去物種多樣性的估計值與現代物種多樣性的估計值聯絡起來變得困難，埃爾朗根-紐倫堡弗里德里希·亞歷山大大學的古生物生物學家艾瑪·鄧恩說。
因此，如何衡量過去生物多樣性數量的興衰問題一直受到未知因素的困擾。鄧恩指出，一些研究人員傾向於透過較少關注物種數量問題，而是關注更高層次的區別來回避這個問題：給定單位的含化石岩石中屬或科的數量以及它們的分佈隨時間變化的方式。（這種方法在研究昆蟲s或植物的人中很常見，即使儲存完好，它們的化石也可能模稜兩可。）其他學者試圖透過統計手段來彌補記錄中的空白。“當我們計算生物多樣性趨勢時，我們不看絕對數字，因為這些數字不能代表當時的‘真實’生物多樣性，”拉賈說。常見物種比稀有物種更可能被化石化。統計方法可用於解釋化石記錄中的儲存偏差，並允許對相對生物多樣性趨勢進行更高級別的分析，即使更精細的分析很困難。
研究人員還可以解釋抽樣偏差。人們選擇將時間和注意力集中在哪些地點很重要，而且與實際上相比，重要的研究可以使一個地區顯得物種更豐富。“在過去五到十年裡，人們一直在大力推動不同化石產地之間的標準化：標準化某個地方發生的採集量，標準化可用於採集的岩石量，”那不勒斯說，“這樣我們對隨時間推移的多樣性的比較才能儘可能公正。”
霍爾茨指出，化石記錄的某些區域足夠詳細，可以追蹤環境如何隨時間變化以及物種如何隨之變化。例如，在北美洲晚白堊世，一種三角龍似乎在氣候和景觀經歷了數千年的變化後進化成了另一種。在這種情況下，化石記錄有助於確定“物種是否因為當地環境不再適宜居住而遷徙，或者身體大小是否發生變化，或者‘丰度是否發生了變化？’”拉賈說。她認為，此類研究可以直接針對有關氣候變化的問題。
但拉賈堅持認為，化石記錄不能用作衡量現代生物多樣性變化的標尺。“我們不能也不應該將化石記錄和現代世界進行 1:1 的比較，”她說。“化石記錄為理解現代世界正在發生的事情提供了寶貴的資訊。但是我們從化石記錄中識別出的事件跨越了數千年和數百萬年，因此，如果我們使用相同的數值來解決當前的生物多樣性喪失問題，我們將最終得到人為降低的速率。”
即使只是試圖衡量過去生物多樣性的變化也很棘手。一些專家對統計方法可以彌補化石記錄中的空白這一觀點表示懷疑。史密森尼國家自然歷史博物館脊椎動物古生物學館長漢斯-迪特·蘇斯指出，經常被引用的統計資料是，大約 2.52 億年前，在二疊紀大滅絕的蹂躪中，大約 81% 的海洋物種和 70% 的陸地物種消失了。“我們知道很多東西都滅絕了，”他說，但這些數字都是推斷和統計資料，除了少數地方外，沒有實際的物種資料作為依據。在世界其他地方，根本沒有發現這個時期的化石。
那不勒斯說，在試圖解決地球生命多樣性在漫長歲月中如何變化的問題時，關鍵是要承認我們能知道什麼和不能知道什麼。可能存在我們未知的物種隱藏在霸王龍和三角龍的骨骼中。將它們梳理出來將有助於更精細地瞭解大型動物群在白堊紀期間是如何變化的。對於超出此範圍的任何事物，人們最好開始研究時間機器。