Integrated leaf trait analysis – eine neue Methode zur Analyse paläogener Ökosysteme Europas
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Laubblätter, die primären Photosyntheseorgane höherer Pflanzen, sind optimal an ihre Umgebung angepasst. Als Teil der Lebensgrundlage anderer Organismen sind sie zudem darauf optimiert, einer übermäßigen Nutzung durch andere Organismen standzuhalten. Das Projekt postuliert im Umkehrschluss, dass Merkmale fossiler Blätter aussagekräftige Daten für die Rekonstruktion von Paläoökosystemen und Insekten-Pflanzen-Interaktion liefern. Hauptziel des Projekts war es, Abhängigkeiten und Wechselbeziehungen von Blattmerkmalen in Bezug auf Paläoumwelt, Paläoklima und geologisches Alter zu beweisen. Das Integrated Leaf Trait Analysis (ILTA)-Ansatz wurde als Methode eingeführt, um Merkmalskombinationen als „Fingerprints“ fossiler Assemblages zu beschreiben und deren Veränderungen im späten Paläogen nachzuvollziehen. Die Anwendbarkeit von ILTA wurde anhand von 3 obereozänen und 5 oligozänen Assemblages aus Deutschland und Tschechien demonstriert, die entweder von Fundorten im Küstentiefland oder aus dem vulkanisch geprägten Hinterland stammen. Insgesamt wurden Merkmalsdaten von 14.288 Blättern gesammelt; 12.240 Blätter wurden zur Erfassung von Insekten-Pflanzen-Interaktionen untersucht. Um Wechselbeziehungen zwischen mehreren Merkmalen mit multivariater Statistik zu erklären, wurden 870 Blätter digitalisiert. Für die Anwendung des ILTA-Ansatzes wurde ein Workflow-Verfahren mit Empfehlungen für Stichprobengrößen entwickelt. ILTA wurde umfassend auf die zwei benachbarten unteroligozänen Assemblages Seifhennersdorf und Suletice-Berand angewandt, welche ähnliche geologische Kontexte, aber unterschiedliche floristische Zusammensetzungen haben. Hauptergebnisse sind: (1) Die taxonomische Zusammensetzung von Floren wirkt sich signifikant und sensitiv auf Merkmalsvariabilitäten und den Nachweis von Insektenspuren aus. (2) Die Kombinationen von Spuren von Insektenherbivorie und spezifischen Trait Combination Types (TCT) legen nahe, dass fossile Arten mit gezähnten Blättern „attraktivere“ Wirtspflanzen sind. (3) Die Blattmorphologie selbst, z. B. TCTs, kann Unterschiede in der Insektenherbivorie auf Blättern nicht erklären. Es ist eine komplexere Beziehung, bei der Blattmorphologie, LMA, Phänologie und taxonomische Zugehörigkeit entscheidend sind. (4) Die Verwendung moderner multivariater statistischer Ansätze ist in Blattmerkmalsstudien erforderlich, um signifikante Interdependenzen zu finden. Wichtige, aber noch unveröffentlichte Ergebnisse sind: (1) Ein umfassender Test eines kombinierten specimen-basierten und taxonomie-basierten TCT-Ansatzes an drei fossilen Assemblages mit fragmentarischer Erhaltung zeigt, dass die gesamte phänotypische Plastizität bereits durch specimen-basierte Daten erfasst wird, aber der kombinierte Ansatz erfasst TCT-Häufigkeiten präziser. (2) Es ist noch nicht überzeugend erklärbar, warum Taphozönosen mit hohen Anzahlen an gut erhaltenen Inkohlungsfossilien oft eher geringe Häufigkeiten von Insektenspuren aufweisen. (3) TCT-Muster und durchschnittliche LMA von Assemblages ändern sich im Laufe der Zeit, hauptsächlich in Abhängigkeit von Paläoklimaänderungen. Noch sind nicht alle Merkmalsdaten entsprechend analysiert und veröffentlicht, aber die ersten veröffentlichten Ergebnisse belegen, dass der ILTA-Ansatz ein wichtiger Schritt nach vorn ist, um Daten zu Blattarchitektur und Insekten-Pflanzen-Interaktion für die Paläoumweltforschung besser zu kombinieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Integrated leaf trait analysis – a new tool for analyzing European Paleogene ecosystems. – In: Stumpf, S., Türtscher, J., Pfaff, C., Jambura, P. L., Kriwet, J. (eds): Abstracts of the 92nd Annual Meeting of the Paläontologische Gesellschaft – Berichte der Geologischen Bundesanstalt Wien 142: 145.
Müller, C., Roth-Nebelsick, A., Wappler, T. & Kunzmann, L.
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Taxon-specific variability of leaf traits in three long-ranging fossil-species of the Paleogene and Neogene: Responses to climate?. Palaeontologia Electronica.
Roth-Nebelsick, Anita; Grein, Michaela; Traiser, Christopher; Kunzmann, Lutz; Kvaček, Jiří; Wypich, Janina & Kovar-Eder, Johanna
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The Eocene–Oligocene transition: a review of marine and terrestrial proxy data, models and model–data comparisons. Climate of the Past, 17(1), 269-315.
Hutchinson, David K.; Coxall, Helen K.; Lunt, Daniel J.; Steinthorsdottir, Margret; de Boer Agatha, M.; Baatsen, Michiel; von der Heydt, Anna; Huber, Matthew; Kennedy-Asser, Alan T.; Kunzmann, Lutz; Ladant, Jean-Baptiste; Lear, Caroline H.; Moraweck, Karolin; Pearson, Paul N.; Piga, Emanuela; Pound, Matthew J.; Salzmann, Ulrich; Scher, Howie D.; Sijp, Willem P. ... & Zhang, Zhongshi
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Application of Trait Combination Type approach to fragmented fossil leaf assemblages. – In: Müller, C., Kunzmann, L. (ed.). Datz-Symposium. From functional traits to models – An interdisciplinary perspective on structure, functioning and evolution of ecosystems in deep time. – Abstracts of International Workshop Senckenberg Natural History Collections Dresden, Germany, May 17–19, 2022: 21.
Kunzmann, L., Müller, C., Traiser, C., Toumoulin, A. & Roth-Nebelsick, A.
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Datz-Symposium. From functional traits to models – An interdisciplinary perspective on structure, functioning and evolution of ecosystems in deep time. – International Workshop Senckenberg Natural History Collections Dresden, Germany, May 17–19, 2022.
Müller, C. & Kunzmann, L.
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Evolution of continental temperature seasonality from the Eocene greenhouse to the Oligocene icehouse –a model–data comparison. Climate of the Past, 18(2), 341-362.
Toumoulin, Agathe; Tardif, Delphine; Donnadieu, Yannick; Licht, Alexis; Ladant, Jean-Baptiste; Kunzmann, Lutz & Dupont-Nivet, Guillaume
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Integrated leaf trait analysis – a new tool for analyzing European Paleogene ecosystems. – In: McLoughlin, S. (ed.). 11th European Palaeobotany and Palynology Conference. Abstracts, Program and Proceedings: 145–146.
Müller, C., Roth-Nebelsick, A., Wappler, T. & Kunzmann, L.
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Towards an Integrated Leaf Trait Analysis: an example from the Paleogene. – In: Schweigert, G. (ed.). 2022. 93. Jahrestagung der Paläontologischen Gesellschaft, Sep. 19th to 23rd at the Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart.
Müller, C., Toumoulin, A., Roth-Nebelsick, A., Wappler, T. & Kunzmann, L.
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Towards an Intergrated Leaf Trait Analysis: an example from the Paleogene. – In: Müller, C., Kunzmann, L. (ed.). Datz-Symposium. From functional traits to models – An interdisciplinary perspective on structure, functioning and evolution of ecosystems in deep time. – Abstracts of International Workshop Senckenberg natural History Collections Dresden, Germany, May 17–19, 2022: 22.
Müller, C., Toumoulin, A., Roth-Nebelsick, A., Wappler, T. & Kunzmann, L.
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An integrated leaf trait analysis of two Paleogene leaf floras. PeerJ, 11, e15140.
Müller, Christian; Toumoulin, Agathe; Böttcher, Helen; Roth-Nebelsick, Anita; Wappler, Torsten & Kunzmann, Lutz
