JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Reconstructie van terrestrisch paleoklimaat en paleo-ecologie met fossiele bladeren met behulp van digitale bladfysionomie en bladmassa per gebied

Published: October 25, 2024
doi:
10.3791/66838
, , , , ,
1Department of Biology,University of Washington, 2Department of Paleobiology, National Museum of Natural History,Smithsonian Institution, 3Department of Geology and Geophysics, Program in Ecology,University of Wyoming, 4Department of Ecology and Evolutionary Biology,University of Michigan Herbarium, 5Department of Earth and Environmental Sciences,Wesleyan University, 6Department of Geosciences,Baylor University

Summary

Het gepresenteerde protocol toont digitale meting en analyse van continue bladfysionomische eigenschappen op fossiele bladeren om het paleoklimaat en de paleo-ecologie te reconstrueren met behulp van de digitale bladfysionomie en bladmassa per gebiedsreconstructiemethoden.

Abstract

Klimaat en omgeving hebben een sterke invloed op de grootte, vorm en tandachtigheid (fysionomie) van de bladeren van planten. Deze relaties, met name in houtachtige niet-eenzaadlobbige angiospermen, zijn gebruikt om op bladeren gebaseerde proxies voor paleoklimaat en paleo-ecologie te ontwikkelen die zijn toegepast om oude terrestrische ecosystemen te reconstrueren voor de laatste ~ 120 miljoen jaar van de geschiedenis van de aarde. Bovendien, aangezien deze relaties zijn gedocumenteerd in levende planten, zijn ze belangrijk voor het begrijpen van aspecten van de evolutie van planten en hoe planten reageren op klimaat- en milieuveranderingen. Om dit soort analyses op moderne en fossiele planten uit te voeren, moet de bladfysionomie nauwkeurig worden gemeten met behulp van een reproduceerbare methodologie. Dit protocol beschrijft een computergebaseerde methode voor het meten en analyseren van een verscheidenheid aan bladfysionomische variabelen in moderne en fossiele bladeren. Deze methode maakt het mogelijk om bladfysionomische kenmerken te meten, met name variabelen die verband houden met bladkartels, bladoppervlak, bladdissectie en lineariteit die worden gebruikt in de digitale bladfysionomieproxy voor het reconstrueren van het paleoklimaat, evenals bladsteelbreedte en bladoppervlak, die worden gebruikt voor het reconstrueren van bladmassa per gebied, een paleo-ecologische proxy. Omdat deze digitale meetmethode voor bladeigenschappen kan worden toegepast op fossiele en levende planten, is deze niet beperkt tot toepassingen die verband houden met het reconstrueren van paleoklimaat en paleo-ecologie. Het kan ook worden gebruikt om bladeigenschappen te onderzoeken die informatief kunnen zijn voor het begrijpen van de functie van bladmorfologie, bladontwikkeling, fylogenetische relaties van bladkenmerken en plantevolutie.

Introduction

Bladeren zijn fundamentele productie-eenheden die de uitwisseling van energie (bijv. licht, warmte) en materie (bijv. koolstofdioxide, waterdamp) tussen de plant en zijn omgeving vergemakkelijken 1,2. Om deze functies uit te voeren, moeten bladeren hun eigen gewicht mechanisch dragen tegen de zwaartekracht in stilstaande en winderige lucht 3,4. Vanwege deze intrinsieke verbanden weerspiegelen verschillende aspecten van de grootte, vorm en tandachtigheid van bladeren (fysionomie) de details van hun functie en biomechanica en geven ze inzicht in hun omgeving en ecologie. Eerder werk heeft relaties tussen bladfysionomie, klimaat en ecologie in de moderne wereld gekwantificeerd om proxy’s vast te stellen die kunnen worden toegepast op fossiele bladassemblages 5,6. Deze proxies bieden belangrijke mogelijkheden om het paleoklimaat en de paleo-ecologie te reconstrueren en dragen bij aan een beter begrip van de complexe wisselwerking tussen verschillende systemen van de planeet door de geschiedenis heen. Dit artikel beschrijft de methoden die nodig zijn voor het gebruik van twee proxies: 1) de bladmassa per gebiedsreconstructiemethode om paleo-ecologie op te helderen, en 2) digitale bladfysionomie om het paleoklimaat te reconstrueren.

Het drooggewicht van het blad per gebied (M.A.) is een vaak gemeten planteigenschap in zowel de neo- als de paleobotanie. De primaire waardevan MA, vooral voor fossiele reconstructies, is dat het deel uitmaakt van het bladeconomische spectrum, een gecoördineerde as van goed gecorreleerde bladkenmerken die de fotosynthesesnelheid van het blad, de levensduur van het blad en het gehalte aan bladvoedingsstoffen per massa7 omvat. Het vermogen om MA uit fossielen te reconstrueren, biedt een venster op deze anders ontoegankelijke metabolische en chemische processen en kan uiteindelijk nuttige informatie onthullen over de ecologische strategie van planten en het functioneren van het ecosysteem.

Royer et al.5 ontwikkelden een methode omde MA van houtachtige niet-eenzaadlobbige (tweezaadloze) angiosperm fossiele bladeren te schatten op basis van de oppervlakte van het bladblad en de breedte van de bladsteel. Theoretisch fungeert de bladsteel als een uitkraging en houdt het gewicht van het blad in de optimale positie 3,4. De dwarsdoorsnede van de bladsteel, die het belangrijkste onderdeel van de straalsterkte vormt, moet daarom sterk gecorreleerd zijn met de massa van het blad. Door de vorm van de bladsteel te vereenvoudigen tot een cilindrische buis, kan de dwarsdoorsnede van de bladsteel worden weergegeven met de bladsteelbreedte in het kwadraat, waardoor de bladmassa kan worden geschat op basis van een tweedimensionaal fossiel (voor meer details, zie Royer et al.5). Het bladoppervlak kan direct worden gemeten. Samen wordt de breedte van de bladsteel in het kwadraat gedeeld door het bladoppervlak (d.w.z. de bladsteel metrisch; Tabel 1) biedt een goede proxy voorfossiele MA en stelt paleobotanisten in staat om in de moderne, op eigenschappen gebaseerde ecologie te stappen. MA reconstructiemethoden zijn ook uitgebreid naar breedbladige en gesteelde naaktzadigen 5,8, kruidachtige angiospermen8 en varens9, die relaties produceerden die verschillen van de relaties die zijn waargenomen voor houtachtige tweezaadlobbige angiospermen en van elkaar. Een uitgebreide houtachtige dicot-dataset en nieuwe regressievergelijkingen voor het reconstrueren van de variantie en het gemiddelde van MA op siteniveau maken het mogelijk om de diversiteit van bladeconomische strategieën af te leiden en welke strategieën het meest voorkomen onder houtachtige tweezaadlobbige angiospermen in fossiele flora’s10.

De relatie tussen fysionomische bladeigenschappen en hun klimaat is al meer dan een eeuw bekend11,12. In het bijzonder is de fysionomie van houtachtige dicot angiosperm-bladeren sterk gecorreleerd met temperatuur en vochtigheid13. Deze relatie heeft de basis gevormd voor talrijke univariate 14,15,16,17 en multivariate 6,18,19,20,21,22 bladfysionomische proxies voor terrestrisch paleoklimaat. Zowel univariate als multivariate bladfysionomische paleoklimaatmethoden zijn op grote schaal toegepast op door angiospermen gedomineerde fossiele flora’s op alle continenten die de laatste ~ 120 miljoen jaar van de geschiedenis van de aarde (Krijt tot modern) beslaan23.

Twee fundamentele waarnemingen die worden gebruikt in fysionomische paleoklimaatproxies van bladeren zijn 1) de relatie tussen bladgrootte en gemiddelde jaarlijkse neerslag (MAP) en 2) de relatie tussen bladtanden (d.w.z. buitenwaartse projecties van de bladrand) en gemiddelde jaarlijkse temperatuur (MAT). In het bijzonder is de gemiddelde bladgrootte van alle houtachtige tweezaadlobbige angiospermsoorten op een locatie positief gecorreleerd met MAP, en het aandeel houtachtige tweezaadlobbige angiospermsoorten op een plaats met getande bladeren, naast de grootte en het aantal tanden, correleert negatief met MAT 6,12,13,14,15,16,24.

Een functioneel verband tussen deze bladfysionomie en klimaatrelaties wordt sterk ondersteund door zowel de theorie als de waarneming 1,2,25. Hoewel grotere bladeren bijvoorbeeld een groter fotosynthetisch oppervlak bieden, hebben ze meer ondersteuning nodig, verliezen ze meer water door transpiratie en houden ze meer voelbare warmte vast dankzij een dikkere grenslaag 1,26,27. Grotere bladeren komen dus vaker voor in nattere, warmere omgevingen, omdat waterverlies door verhoogde transpiratie de bladeren effectief afkoelt en minder problematisch is. Kleinere bladeren in drogere warme klimaten verminderen daarentegen waterverlies en voorkomen oververhitting door het voelbare warmteverlies te vergroten28,29. Details over welke factoren, of combinatie van factoren, het sterkst bijdragen aan het verklaren van functionele verbanden, blijven raadselachtig voor andere bladeigenschappen. Er zijn bijvoorbeeld verschillende hypothesen voorgesteld om de relatie tussen bladtanden en MAT te verklaren, waaronder bladkoeling, efficiënte knopverpakking, verbeterde ondersteuning en toevoer van dunne bladeren, guttatie door hydathodes en verbeterde productiviteit in het vroege seizoen 30,31,32,33.

De meeste fysionomische paleoklimaatproxies van bladeren zijn gebaseerd op categorische verdeling van bladkenmerken in plaats van kwantitatieve metingen van continue variabelen, wat leidt tot verschillende mogelijke tekortkomingen. De categorische benadering sluit de opname uit van meer gedetailleerde informatie die is vastgelegd door continue metingen die sterk gecorreleerd zijn met het klimaat (bijv. aantal tanden, bladlineariteit), wat de nauwkeurigheid van paleoklimaatschattingen kan verminderen 6,20,34. Bovendien kunnen in sommige van de methoden voor het scoren van bladeigenschappen de eigenschappen die categorisch worden gescoord dubbelzinnig zijn, wat leidt tot problemen met de reproduceerbaarheid, en sommige kenmerken hebben beperkt empirisch bewijs om hun functionele verband met het klimaat te ondersteunen 6,15,16,35,36.

Om deze tekortkomingen aan te pakken, stelden Huff et al.20 voor om continue bladkenmerken digitaal te meten in een methode die bekend staat als digitale bladfysionomie (DiLP). Een belangrijk voordeel van DiLP ten opzichte van eerdere methoden is dat het vertrouwt op eigenschappen die 1) betrouwbaar kunnen worden gemeten bij gebruikers, 2) continu van aard zijn, 3) functioneel gekoppeld zijn aan het klimaat en 4) fenotypische plasticiteit vertonen tussen groeiseizoenen 6,37. Dit heeft geleid tot nauwkeurigere schattingen van MAT en MAP dan eerdere fysionomische paleoklimaatmethoden voor bladeren6. Bovendien komt de methode tegemoet aan de onvolmaakte aard van het fossielenbestand door stappen te bieden om rekening te houden met beschadigde en onvolledige bladeren. De DiLP-methode is met succes toegepast op een reeks fossiele flora’s uit meerdere continenten die een groot bereik van geologische tijd beslaan 6,38,39,40,41,42.

Het volgende protocol is een uitbreiding van het protocol dat in eerder werk is beschreven: 5,6,20,34. Het zal de procedures uitleggen die nodig zijn om paleoklimaat en paleo-ecologie te reconstrueren uit houtachtige tweezaadlozegen, angiospermen, fossiele bladeren met behulp van de DiLP- enM.A-reconstructiemethoden (zie Tabel 1 voor een uitleg van de variabelen die zijn gemeten en berekend met behulp van dit protocol). Bovendien biedt dit protocol stappen om bladkenmerken vast te leggen en te berekenen die niet zijn opgenomen in DiLP- ofM.A-analyse, maar die gemakkelijk te implementeren zijn en nuttige karakteriseringen van bladfysionomie bieden (tabel 1). Het protocol volgt het volgende formaat: 1) Beeldvorming van fossiele bladeren; 2) Blad Digitale Voorbereiding, Georganiseerd in vijf mogelijke Voorbereidingsscenario’s; 3) digitale meting van de bladeren, georganiseerd in dezelfde vijf mogelijke voorbereidingsscenario’s; en 4) DiLP- enM.A-analyses, met behulp van het R-pakket dilp10.

Het protocol voorM.A-reconstructies is ingebed in het DiLP-protocol omdat beide handig zijn om naast elkaar te bereiden en te meten. Als een gebruiker alleen geïnteresseerd is inMA-analyses , moet hij de voorbereidingsstappen volgen die worden beschreven in DiLP-voorbereidingsscenario 2, ongeacht of de bladrand al dan niet gekarteld is, en de meetstappen die alleen de bladsteelbreedte, het bladsteelgebied en de bladoppervlaktemetingen beschrijven. Een gebruiker kan dan de juiste functies uitvoeren in het dilp R-pakket datde MA-reconstructies uitvoert.

Protocol

1. Beeldvorming van fossiel blad Plaats het bladfossiel onder de camera en zorg ervoor dat het zo plat mogelijk ligt met behulp van bijvoorbeeld een zandbak of stopverf om onder het fossiel te wiggen.OPMERKING: Als u meerdere exemplaren op één blok fotografeert, kunt u ze het beste afzonderlijk als close-ups fotograferen om ervoor te zorgen dat de details van het fossiel duidelijk en scherp zijn. Het is ook handig om het fossiel op een effen donkere matte ondergrond te plaatsen, zoals zwart vilt of fluweel. Plaats een schaalbalk horizontaal en in hetzelfde verticale vlak als het blad, plaats deze dicht bij het fossiel maar bedek geen delen ervan. Als er weinig of geen matrix rond het fossiel is, moet de schaal binnen het fotokader worden geplaatst en scherp zijn. Gebruik een camerastatief of kopieerstandaard om de camera recht boven het fossiele blad te plaatsen met de lens evenwijdig aan het rotsoppervlak. Om ervoor te zorgen dat de details van het blad scherp worden vastgelegd, plaatst u de camera zo dicht mogelijk bij het fossiel, terwijl u binnen de brandpuntsafstand van de lens/camera blijft en ervoor zorgt dat het hele fossiel zich binnen het kader van de foto bevindt.OPMERKING: Indien mogelijk kunt u het beste een digitale camera met hoge resolutie en een macrolens met handmatige scherpstelling en voldoende scherptediepte gebruiken om scherp te stellen op het blad dat zal worden verwerkt. Verlicht het fossiel met indirect licht indien nodig om de hele omtrek van het exemplaar duidelijk te zien. Het is vaak nodig om de verlichting voor elk fossiel opnieuw aan te passen. Fotografeer het fossiele blad en label het afbeeldingsbestand op de juiste manier. 2. Digitale voorbereiding OPMERKING: Een illustratie van de terminologie van de bladarchitectuur die in deze protocollen wordt gebruikt, is te vinden in afbeelding 1. Gebruik de beslissingsboom (Figuur 2) en de gegeven voorbeelden (Figuur 3) om te bepalen welk voorbereidingsscenario van toepassing is op het te meten fossiele blad en ga verder met dat geschikte gedeelte. Zie tabel 2 voor aanvullende overwegingen in de voorbereidingsstappen. Valt het blad onder scenario 1 of 5, dan kan het blad niet worden voorbereid op kwantitatieve bladfysionomische metingen. Scenario 2: Volledig gezoomd blad waarvan de oppervlakte, of de helft van de oppervlakte, behouden blijft of kan worden gereconstrueerd.Open het bestand in de beeldverwerkingssoftware (bijv. Adobe Photoshop of GIMP). Snijd de afbeelding indien nodig bij, wat helpt om de uiteindelijke bestandsgrootte te verkleinen, maar ervoor zorgt dat de schaalbalk nog steeds is inbegrepen. Verdubbel de breedte van het werkgebied door op Afbeelding > Canvas (Photoshop) te klikken; Afbeelding > canvasgrootte (GIMP). Het wordt aanbevolen om rechts of links van het huidige canvas een nieuw canvas toe te voegen. Als de bladrand enige reconstructie vereist, beslis dan of het bladoppervlak en de vorm betrouwbaarder kunnen worden gemeten vanaf een half blad of een heel blad (Figuur 3). Kopieer het blad uit de rotsmatrix. Traceer het hele of halve blad, inclusief de bladsteel indien aanwezig, met behulp van een lasso-instrument (zie tabel 2). Kopieer en plak de selectie en plaats deze in een open gebied van het canvas. Overweeg om twee exemplaren van deze selectie te plakken, waarvan er één onbewerkt is om indien nodig naar terug te keren om het voorbereidingsproces opnieuw te starten. Repareer beschadigde delen van de marge met een lijn van de juiste kleur (meestal zwart als het een witte achtergrond is). Teken een lijn die de beschadigde marge overspant, zodat de marge betrouwbaar wordt gereconstrueerd, bijvoorbeeld met behulp van het penseel of het lijngereedschap. Zorg ervoor dat de lijn dik genoeg is om gezien te worden (~1-2 pt gewicht) en dat deze de marge over het beschadigde gebied verbindt. Verwijder de bladsteel van het blad, indien aanwezig, met behulp van de lassotool.Volg visueel de bladrand langs de basis tot het punt dat deze in contact komt met de bladsteel, die vaak donkerder van kleur is en geen kenmerkende aders bevat. Plaats daar een lassopunt. Doe hetzelfde op de andere helft van het blad en plaats daar het tweede puntje.OPMERKING: Als de bladbasis symmetrisch is, zal de lijn ~loodrecht op de bladsteel staan; Als het asymmetrisch is, staat de lijn onder een hoek. Omcirkel de hele bladsteel om de selectie af te maken. Knip en plak, of gebruik het verplaatsingsgereedschap, om de bladsteel naast het bladblad te plaatsen, maar niet aan te raken.OPMERKING: Voor een hartvormige of gelobde bladbasis, wat betekent dat de basis zich uitstrekt tot onder waar de bladsteel aan het bladblad is bevestigd, heeft de bladsteel het potentieel om op de bladbasis te rusten onder waar de bladsteel aan het bladblad hecht. Zorg ervoor dat u de bladsteel uitsnijdt waar deze daadwerkelijk vastzit, volg de bladsteelrand nauwkeurig en repareer de resulterende beschadigde rand. Het is bekend dat dit bij de meeste fossielen moeilijk te zien is. Snijd indien nodig het uiteindelijke gebied van de afbeelding bij om de bestandsgrootte te verkleinen. Zie figuur 3 voor een voorbeeld van hoe de voltooide voorbereide afbeelding eruit zou moeten zien. Scenario 3: een getande blad waarvan de oppervlakte, of de helft, niet kan worden gereconstrueerd, maar waarvan ≥ twee opeenvolgende tanden heeft en ≥25% van het blad bewaard is geblevenOPMERKING: Tandmetingen zijn de enige eigenschappen die kunnen worden gemeten op bladeren van deze categorie, dus bladeren zijn alleen voorbereid op deze metingen.Open het bestand in een beeldverwerkingssoftware (bijv. Adobe Photoshop of GIMP). Snijd de afbeelding indien nodig bij, wat helpt om de uiteindelijke bestandsgrootte te verkleinen, maar zorg ervoor dat de schaalbalk nog steeds is inbegrepen. Pens om de breedte van het werkgebied te verviervoudigen door op Afbeelding > Canvas (Photoshop) te klikken; Afbeelding > canvasgrootte (GIMP). Het wordt aanbevolen om rechts of links van het huidige canvas een nieuw canvas toe te voegen. Kopieer het blad uit de rotsmatrix. Traceer de omvang van het geconserveerde blad, inclusief de bladsteel indien aanwezig, met behulp van een lasso-tool. Maak u geen zorgen over het traceren van beschadigde delen van de marge, juist omdat ze zullen worden verwijderd. Kopieer en plak de selectie en plaats deze in een open gebied van het canvas. Overweeg om twee exemplaren van deze selectie te plakken, waarvan er één een onbewerkte versie is om indien nodig naar terug te keren om het voorbereidingsproces opnieuw te starten. Verwijder de bladsteel, indien aanwezig, van het blad met behulp van het lasso-gereedschap.Volg visueel de bladrand langs de basis tot het punt dat deze in contact komt met de bladsteel, die vaak donkerder van kleur is en geen kenmerkende aders bevat. Plaats daar een lassopunt. Doe hetzelfde op de andere helft van het blad en plaats daar het tweede puntje.OPMERKING: Als de bladbasis symmetrisch is, staat de lijn ~loodrecht op de bladsteel, als deze asymmetrisch is, staat de lijn onder een hoek. Omcirkel de hele bladsteel om de selectie af te maken. Knip en plak, of gebruik het verplaatsingsgereedschap, om de bladsteel naast het bladblad te plaatsen, maar niet aan te raken.OPMERKING: Voor een hartvormige of gelobde bladbasis, wat betekent dat de basis zich uitstrekt tot onder waar de bladsteel aan het bladblad is bevestigd, heeft de bladsteel het potentieel om op de bladbasis te rusten onder waar de bladsteel aan het bladblad hecht. Zorg ervoor dat u de bladsteel uitsnijdt waar deze daadwerkelijk vastzit, volg de bladsteelrand nauwkeurig en repareer de resulterende beschadigde rand. Bij de meeste fossielen is dit moeilijk te zien. Verwijder het gebied naast beschadigde delen van de marge met behulp van een lassotool.Begin de selectie op een punt langs de marge dat het beschadigde deel begrenst en trek een rechte lijn van dat punt naar de hoofdader die loodrecht op die hoofdader staat (Figuur 4). Begin de selectie bij de behouden primaire tandholte die zich het dichtst bij de schade bevindt. Dit zorgt ervoor dat de flank van een tand niet als interne omtrek wordt opgenomen in latere metingen en dat secundaire tanden niet worden gemeten alsof het primaire tanden zijn. Dit is mogelijk niet geschikt als de tanden op afstand van elkaar staan, omdat er uiteindelijk te veel behouden marge kan worden verwijderd (Figuur 4). Ga verder met de selectie langs de hoofdader tot op het niveau van de andere grens van de beschadigde marge, en trek een rechte lijn loodrecht op de hoofdader naar de rand (Figuur 4).OPMERKING: Voor geveerde bladeren (Figuur 1A), met en zonder agrofische aders (zie Ellis et al.43), is de hoofdader de primaire nerf (d.w.z. middennerf). Voor handvormig geaderde bladeren (Figuur 1B,D) is de hoofdnerf de dichtstbijzijnde primaire nerf (bijv. Figuur 4B). Voor veergelobde bladeren (figuur 1C), als de schade zich op een geveerde lob bevindt, is de belangrijkste ader de ader (meestal een secundaire ader) die de lob voedt. Voltooi de selectie en verwijder dit deel van het blad. Herhaal dit voor alle beschadigde delen van het blad. Kopieer en plak dit voorbereide blad en plaats het in een open gedeelte van het canvas. Verwijder de tanden met behulp van een lassotool.Begin bij de bladtop, een van de lobbenapices, of de meest apicale tand van een bladfragment, en maak een selectie bij elke primaire tandsinus langs dat blad, lob of fragment (Figuur 5; zie Aanvullende Figuur 1, Aanvullende Figuur 2 voor tips over hoe primaire en secundaire tanden te onderscheiden en hoe tanden van lobben te onderscheiden). Zorg ervoor dat u de juiste regels volgt bij het uitsnijden van tanden (Tabel 2; Aanvullende figuur 3).OPMERKING: Melktanden worden vaak kleiner naar de basis en top toe. Na het selecteren van de apicale sinus van de meest basale tand, past u de verlengingsregel toe (Tabel 2; Aanvullende afbeelding 4) om de laatste tand van de reeks uit te snijden. Verwijder de tanden door de tanden naast het bladblad te knippen en te plakken met de tanden verwijderd zonder het aan te raken. Als het preparaat extra bladlobben of fragmenten bevat waarvoor tanden moeten worden verwijderd, herhaal dan de bovenstaande stappen totdat alle tanden zijn verwijderd. Als er een extra versie van het originele uitgesneden blad is gemaakt, verwijdert u de extra versie. Snijd indien nodig het uiteindelijke gebied van de afbeelding bij om de bestandsgrootte te verkleinen. Zie figuur 3 voor een voorbeeld van hoe de voltooide voorbereide afbeelding eruit zou moeten zien. Scenario 4: een getande vleugel waarvan het gebied, of bladgebied, bewaard is gebleven of kan worden gereconstrueerdOpen het bestand in de beeldverwerkingssoftware (bijv. Adobe Photoshop of GIMP). Snijd de afbeelding indien nodig bij, wat helpt om de uiteindelijke bestandsgrootte te verkleinen, maar zorg ervoor dat de schaalbalk nog steeds is inbegrepen. Pens om de breedte van het werkgebied te verviervoudigen door op Afbeelding > Canvas (Photoshop) te klikken; Afbeelding > canvasgrootte (GIMP). Het wordt aanbevolen om rechts of links van het huidige canvas een nieuw canvas toe te voegen. Bepaal hoe het blad wordt bereid. Bladoppervlakte/vormmetingen moeten worden gedaan op een heel blad of een half blad, beslis welke optie zal resulteren in nauwkeurigere metingen. Tandmetingen moeten worden uitgevoerd langs alle delen van de bewaarde marge. In sommige gevallen kunnen de metingen van het bladoppervlak/de vorm plaatsvinden op een andere subset van het blad dan de subset waar tandvariabelen worden gemeten.OPMERKING: In het gegeven voorbeeld (Figuur 6) is besloten dat een half blad betrouwbaarder zou worden gereconstrueerd dan een heel blad. De geconserveerde marge rechtsonder (>1 geconserveerde tand) is meegenomen voor de tandmetingen. Het volgende protocol voor scenario 4 volgt grofweg het gegeven voorbeeld (figuur 6), maar de details kunnen enigszins variëren in verschillende voorbereidingscontexten. Kopieer het blad uit de rotsmatrix en zorg ervoor dat alle bewaarde marges zijn opgenomen.Traceer de rand van het blad, inclusief de bladsteel indien aanwezig, met behulp van een lasso-tool. Traceer geen beschadigde delen van de marge die niet worden opgenomen in oppervlakte-/vormmetingen, juist omdat ze zullen worden verwijderd (bijv. de rechterhelft van het blad in figuur 6). Kopieer en plak de selectie en plaats deze in een open gebied van het canvas. Overweeg om twee exemplaren van deze selectie te plakken, waarvan er één onbewerkt is om indien nodig naar terug te keren om het voorbereidingsproces opnieuw te starten. Indien aanwezig, verwijder de bladsteel van het blad met behulp van de lassotool.Volg visueel de bladrand langs de basis tot het punt dat deze in contact komt met de bladsteel, die vaak donkerder van kleur is en geen kenmerkende aders bevat. Plaats daar een lassopunt. Doe hetzelfde op de andere helft van het blad en plaats daar het tweede puntje.OPMERKING: Als de bladbasis symmetrisch is, zal de lijn ~loodrecht op de bladsteel staan; Als het asymmetrisch is, staat de lijn onder een hoek. Omcirkel de hele bladsteel om de selectie af te maken. Knip en plak, of gebruik het verplaatsingsgereedschap, om de bladsteel naast het blad te plaatsen, maar niet aan te raken.OPMERKING: Voor een hartvormige of gelobde bladbasis, wat betekent dat de basis zich uitstrekt tot onder waar de bladsteel aan het bladblad is bevestigd, heeft de bladsteel het potentieel om op de bladbasis te rusten onder waar de bladsteel aan het bladblad hecht. Zorg ervoor dat u de bladsteel uitsnijdt waar deze vastzit, volg de bladsteelrand nauwkeurig en repareer de resulterende beschadigde marge (aanvullende afbeelding 5). Bij de meeste fossielen is dit moeilijk te zien. Kopieer en plak het geïsoleerde blad met de bladsteel verwijderd om een tweede kopie te maken om u voor te bereiden op tandmetingen en plaats het in een open gedeelte van het canvas. Bereid een versie van het blad voor op bladoppervlak en vormmetingen.Als u een half blad bereidt, snijdt dan overtollig bladmateriaal af met behulp van het lasso-gereedschap zodat er slechts een volledig half blad overblijft. Als u een volledig blad bereidt, verwijder dan geen bladmateriaal. Repareer indien nodig beschadigde gebieden langs de marge met behulp van een lijn met de juiste kleur met behulp van een lijn of penseel (meestal een zwarte lijn voor een witte achtergrond). Zorg ervoor dat de lijn dik genoeg is om gezien te worden (~1-2 pt gewicht) en dat deze de marge over het beschadigde gebied verbindt. Bereid een versie van het blad voor voor tandmetingen.Verwijder het gebied naast beschadigde delen van de marge met behulp van een lassotool.Begin met selecteren op een punt langs de rand dat het beschadigde deel begrenst en trek een rechte lijn van dat punt naar de hoofdader die loodrecht op die hoofdader staat (Figuur 4). Begin de selectie bij de behouden primaire tandholte die zich het dichtst bij de schade bevindt. Dit zorgt ervoor dat de flank van een tand niet als interne omtrek wordt opgenomen in latere metingen en dat secundaire tanden niet worden gemeten alsof het primaire tanden zijn. Dit is mogelijk niet geschikt als de tanden op afstand van elkaar staan, omdat er uiteindelijk te veel behouden marge kan worden verwijderd (Figuur 4). Ga verder met de selectie langs de hoofdader tot op het niveau van de andere grens van de beschadigde marge en trek een rechte lijn loodrecht op de hoofdader naar de rand (Figuur 4).OPMERKING: Voor geveerde bladeren (Figuur 1A), met en zonder agrofische aders (zie Ellis et al.43 voor definitie en voorbeelden), is de hoofdader de primaire nerf (d.w.z. middennerf). Voor handvormig geaderde bladeren (Figuur 1B,D) is de hoofdnerf de dichtstbijzijnde primaire nerf (bijv. Figuur 4B). Voor veergelobde bladeren (figuur 1C), als de schade zich op een geveerde lob bevindt, is de belangrijkste ader de ader (meestal een secundaire ader) die de lob voedt. Verwijder het beschadigde deel van het blad. Doe hetzelfde voor alle beschadigde delen van het blad. Kopieer en plak de versie die is voorbereid voor tandmetingen, waarbij beschadigde delen zijn verwijderd, en plaats deze in een open gedeelte van het canvas. Verwijder de tanden met behulp van een lassotool.Begin bij de bladtop, een van de lobbenapices, of de meest apicale tand van een bladfragment, en maak een selectie bij elke primaire tandsinus langs het blad, de lob of het fragment (Figuur 5; zie aanvullende figuur 2 voor tips over hoe u primaire en secundaire tanden kunt onderscheiden en hoe u tanden van lobben kunt onderscheiden). Zorg ervoor dat u de juiste regels volgt bij het uitsnijden van tanden (Tabel 2; Aanvullende figuur 2).OPMERKING: Melktanden worden vaak kleiner naar de basis en top toe. Na het selecteren van de apicale sinus van de meest basale tand, past u de verlengingsregel toe (Tabel 2; Aanvullende afbeelding 4) om de laatste tand van de reeks uit te snijden. Verwijder de tanden door de tanden naast het bladblad te knippen en te plakken met de tanden verwijderd zonder het aan te raken. Als het preparaat extra bladlobben of fragmenten bevat waarvoor tanden moeten worden verwijderd, herhaal dan de bovenstaande stappen totdat alle tanden zijn verwijderd. Als er een extra versie van het originele uitgesneden blad is gemaakt, verwijdert u de extra versie. Snijd indien nodig het uiteindelijke gebied van de afbeelding bij om de bestandsgrootte te verkleinen. Zie figuur 3 voor een voorbeeld van hoe de voltooide voorbereide afbeelding eruit zou moeten zien. 3. Digitale meting OPMERKING: Een spreadsheet met een sjabloon voor gegevensinvoer wordt geleverd als aanvullend bestand 1. Zie tabel 3 voor aanvullende overwegingen in de meetstappen. In de scenario’s 1 en 5 is de enige stap die nodig is, het vastleggen van de bladmargestatus in de spreadsheet voor gegevensinvoer (stap 3.5). Open de ImageJ-software44. Stel in welke maten automatisch worden uitgevoerd (doe dit eenmalig nadat het programma is geïnstalleerd). Klik op Analyseren > Metingen instellen en selecteer alleen Oppervlakte, Omtrek en de diameter van Feret. Zorg ervoor dat het aantal decimalen op 3 staat. Open de voorbereide afbeelding van het fossiele blad door te klikken op Bestand > Openen of gewoon door de afbeelding te slepen en neer te zetten in de reeds geopende ImageJ-werkbalk. Stel de schaal in voor elke nieuwe bladafbeelding.OPMERKING: Dit is een cruciale stap en moet voor elke nieuwe bladafbeelding worden uitgevoerd om nauwkeurige metingen te garanderen.Klik op het gereedschap Rechte lijn. Zoom in op de schaalbalk en trek een zo lang mogelijke rechte lijn over de schaalbalk. Klik op Analyseren > Schaal instellen. Voer bij bekende afstand de lengte in cm in (om consistent te zijn met de eenheid die wordt gebruikt in de moderne kalibratiedataset). Het is niet nodig om de lengte-eenheid te wijzigen. Klik op OK. Markeer het blad als getand (0) of geheel (1) in het gegevensinvoerwerkblad. Meet de breedte van de bladsteel als de bladsteel aanwezig is. Metingen moeten worden gedaan op de originele kopie van het blad dat zich nog in de rotsmatrix bevindt, omdat dit een veel betere context biedt.OPMERKING: Als de bladsteel niet aanwezig is, kan in sommige gevallen de breedte van de middenader op de basale positie worden gemeten in plaats van de bladsteel. Dit mag echter alleen worden gedaan als de volledige breedte van de middennerf behouden blijft (d.w.z. er is geen lamina samengedrukt bovenop de ader of het fossiel bewaart de abaxiale zijde van het blad) en andere exemplaren van dezelfde soort of hetzelfde morfotype laten zien dat de breedte van de basale ader gelijk is aan de breedte van de bladsteel.Teken een rechte lijn loodrecht op de bladsteel, waar de bladsteel het bladblad raakt, of als het inbrengpunt asymmetrisch is, trek dan een lijn loodrecht op de bladsteel op het meest basale punt van inbrengen. Het is belangrijk om deze lijn zorgvuldig te trekken. Het wordt daarom aanbevolen om in te zoomen op dit deel van het blad om het gemakkelijker te maken om de lijn precies te trekken.OPMERKING: Er zijn speciale omstandigheden waarin deze stap moet worden gewijzigd, bijvoorbeeld als er op het meest basale punt van inbrengen schade, trichomen, nectariën, doornen of andere kenmerken zijn die nauwkeurige metingen van de bladsteelbreedte verhinderen. Meet in deze gevallen de breedte van de bladsteel op het eerste punt onder het kenmerk waar de meting betrouwbaar kan worden uitgevoerd. Klik op Analyseren > Meten of gebruik een snelkoppeling om de lengte van de getekende lijn te meten. Teken dezelfde lijn op de afbeelding om precies vast te leggen waar de meting is uitgevoerd door op Bewerken > Tekenen te klikken of een snelkoppeling te gebruiken. Wijzig indien nodig de kleur van de lijn met behulp van een gereedschap op de hoofdwerkbalk (kleurkiezer). Zodra de lijn is getrokken, slaat u de afbeelding op, bij voorkeur onder een gewijzigde bestandsnaam. Noteer de lengte van deze lijn onder de bladsteelbreedte in de spreadsheet voor gegevensinvoer. Bereid het blad voor op aanvullende metingen door de afbeelding zwart-wit te maken. Klik hiervoor op Afbeelding > Typ > 8-bits. Klik op de drempel voor de afbeelding > op Aanpassen > drempel of gebruik de snelkoppeling. Een vak met de titel Drempel wordt geopend en een deel van de afbeelding verandert in rood. Als het blad licht van kleur is en de achtergrond donker, klik je op Donkere achtergrond. Pas de drempel aan met behulp van de schuifbalk totdat de binnenkant van het blad rood is en duidelijk afsteekt tegen de achtergrond. Dit is een cruciale stap en een gemakkelijke plek om onnauwkeurige gegevens te produceren. Zorg ervoor dat het rode gebied precies overeenkomt met het blad (d.w.z. de hele omtrek van het blad is rood en niet meer), door in te zoomen op sommige delen van de marge. Gaten van rood in de binnenkant van de bladeren zijn acceptabel en hebben geen invloed op de afmetingen.OPMERKING: Als de omtrek van het blad niet goed gedefinieerd is, probeer dan eerst de drempel aan te passen terwijl u bent ingezoomd om te bevestigen dat de omtrek van het blad rood is. Als een slecht contrast tussen het fossiel en de achtergrond het onmogelijk maakt om een betrouwbare drempel toe te passen, gebruik dan het penseel om een effen omtrek aan de bladomtrek toe te voegen in gebieden waar het contrast te slecht is. U kunt het blad ook terugbrengen naar de beeldverwerkingssoftware (bijv. Adobe Photoshop of GIMP) en het contrast van de geïsoleerde bladlagen of de kleur van de achtergrond aanpassen om ze beter te onderscheiden. Meet het bladoppervlak en de vorm van de bladeren die zijn voorbereid in scenario’s 2 (stap 2.1) en 4 (stap 2.4).OPMERKING: Gebruik Figuur 2 en Figuur 6B als richtlijn voor welke variabelen worden gemeten op welke componenten van de voorbereide afbeelding. Als er in scenario 3 (stap 2.2) bladeren zijn voorbereid, sla deze stap dan over en ga verder met stap 3.11.Meet het blad dat is voorbereid op bladoppervlakte- en vormmetingen, waarbij alleen de bladsteel mag worden verwijderd (als er een bladsteel aanwezig was). Selecteer het gereedschap Toverstaf . Klik op de binnenkant van het blad. Het hele blad moet geel zijn omlijnd – controleer of de omtrek correct is. Voer metingen uit door op Analyseren > Meten te klikken of door de sneltoets te gebruiken. Als het gemeten gebied als een heel blad is voorbereid, noteer dan het gebied, de omtrek, het Feret en het minimum Feret in het spreadsheet voor gegevensinvoer. Als de gemeten oppervlakte als half blad is voorbereid, neem dan alleen Feret op en ga verder met de volgende stap. Als de gemeten oppervlakte een half blad is, meet dan de kunstmatige middenomtrek van het blad, d.w.z. de lengte van de kunstmatige omtrek die het resultaat is van het doormidden snijden van het blad (Figuur 6B). Als de gemeten oppervlakte het hele blad is, sla dan deze stap en stap 3.10.5 over.OPMERKING: Door de kunstmatige middenomtrek te meten, kan de omtrek van het blad worden berekend op basis van halve bladeren (zie stap 3.10.5 hieronder). De omtrek van het blad wordt niet gebruikt in variabelen die zijn opgenomen in DiLP- enM.A-analyses , maar wordt gebruikt voor andere variabelen die nuttig zijn voor de karakterisering van de fysionomie (bijv. vormfactor, compactheid; Tabel 1).Selecteer het gereedschap voor gesegmenteerde lijnen door met de rechtermuisknop op het gereedschap Lijn te klikken. Volg de volledige lengte van de kunstmatige middenomtrek. Klik op Analyseren > Meten of gebruik de snelkoppeling om de lengte te meten. Deze meting wordt gebruikt in de formule om de omtrek van het zaagblad hieronder te berekenen (stap 3.10.5). Als de gemeten oppervlakte een half blad is, wijzigt u de afmetingen zoals u ze invoert in de spreadsheet voor gegevensinvoer door de oppervlakte te vermenigvuldigen met 2, de minimale Feret te vermenigvuldigen met 2 en de bladomtrek te berekenen door eerst de kunstmatige middenomtrek af te trekken van de halve bladomtrek en vervolgens te vermenigvuldigen met 2 met behulp van de volgende formule:Omtrek van het blad = (omtrek – kunstmatige middenomtrek) x 2 Als er een uitgesneden bladsteel aanwezig is, meet dan de oppervlakte. Indien niet aanwezig, wordt de meting voltooid voor scenario 2, maar ga verder met stap 3.11 voor scenario 4.Klik de uitgesneden bladsteel met het staafgereedschap. De bladsteel moet geel omlijnd zijn. Voer metingen uit door op Analyseren > Meten te klikken of door de snelkoppeling te gebruiken. Registreer het gebied onder het bladsteelgebied in het spreadsheet voor gegevensinvoer. Voor scenario 2 (stap 2.1) is het meten nu voltooid; Ga voor scenario 4 (stap 2.3) verder met de volgende stap. Meet tandvariabelen voor bladeren die zijn voorbereid in scenario’s 3 (stap 2.2) en 4 (stap 2.3).Meet het ruwe mes. Selecteer met het staafgereedschap de binnenkant van het ruwe mes (d.w.z. het blad dat is voorbereid op tandmetingen en dat zijn tanden nog heeft; Figuur 6B). Het moet geel worden omlijnd. Voer metingen uit door op Analyseren > Meten te klikken of door de snelkoppeling te gebruiken.OPMERKING: Afhankelijk van hoe het blad is geprepareerd, kan het nodig zijn om verschillende disjuncte secties te meten, waarbij hun gebieden bij elkaar worden opgeteld (bijv. Figuur 6B). U kunt ook meerdere secties tegelijk selecteren door een tweede sectie te selecteren met het staafgereedschap terwijl u de Shift-toets ingedrukt houdt. Noteer het gebied en de omtrek onder het gebied van het onbewerkte mes en de omtrek van het onbewerkte mes in het spreadsheet voor gegevensinvoer. Meet het interne ruwe mes. Selecteer de binnenkant van het interne ruwe mes (d.w.z. het blad dat is voorbereid voor tandmetingen en waarvan de tanden zijn verwijderd; Figuur 6B). Het moet geel worden omlijnd. Voer metingen uit door op Analyseren > Meten te klikken of door de snelkoppeling te gebruiken.OPMERKING: Afhankelijk van hoe het blad is geprepareerd, kan het nodig zijn om verschillende disjuncte secties te meten, waarbij hun gebieden bij elkaar worden opgeteld (bijv. Figuur 6B). U kunt ook meerdere secties tegelijk selecteren door een tweede sectie te selecteren met het staafgereedschap terwijl u de Shift-toets ingedrukt houdt. Registreer het gebied en de omtrek onder het interne onbewerkte bladgebied en de interne onbewerkte bladomtrek in de spreadsheet voor gegevensinvoer. Meet de lengte van de snijomtrek. Verwijder de drempel om het blad duidelijk te zien, klik op Opnieuw instellen in het drempelvak of klik op Bewerken > Ongedaan maken – de laatste zal meestal ook de zwart-wit 8-bits conversie verwijderen. Selecteer het gereedschap voor gesegmenteerde lijnen en trek de volledige lengte van de snijomtrek over op het onbewerkte zaagblad. Meet door op Analyseren > Meten te klikken of door de sneltoets te gebruiken. Als er meerdere porties zijn, herhaalt u de vorige stappen om de lengte van de snijomtrek van elke portie te meten. Noteer de lengte, of de som van de lengtes, onder de lengte van de snijomtrek in de spreadsheet voor gegevensinvoer.NOTITIE: De snijomtrek wordt geïntroduceerd door de voorbereiding van het blad door schade te verwijderen. In de meeste gevallen is dit anders dan de kunstmatige middenomtrek (Figuur 6B). Tel de primaire en secundaire tanden, indien aanwezig.OPMERKING: Zie aanvullende afbeelding 2 voor tips over het onderscheiden van primaire en secundaire tanden.Als de drempel nog niet is verwijderd, verwijder deze dan nu. Als u de drempelwaarde wilt verwijderen, klikt u op Opnieuw instellen in het vak voor de drempelwaarde of klikt u op Bewerken > Ongedaan maken. Dit laatste zal meestal ook de zwart-wit 8-bits conversie verwijderen. Tel het aantal melktanden (zie aanvullende figuur 2 voor tips over het onderscheiden van melk- en hulptanden). Selecteer het meerpuntsgereedschap. Het kan nodig zijn om eerst met de rechtermuisknop op het gereedschap Aanwijzer te klikken om het gereedschap voor meerdere punten te selecteren. Klik op elke primaire tand om deze te nummeren. Als u een per ongeluk geselecteerd punt wilt verwijderen, drukt u op de Alt-toets (Windows OS) of Command/cmd of Option (Mac OS) terwijl u tegelijkertijd op het punt klikt. Noteer het uiteindelijke aantal onder # melktanden in de spreadsheet voor gegevensinvoer. Wis het aantal meerpuntsgereedschappen en annotaties door te klikken op Bewerken > Selectie > Niets selecteren of de sneltoets te gebruiken. Tel het totale aantal tanden (d.w.z. alle primaire en secundaire tanden die op het blad aanwezig zijn). Selecteer het meerpuntsgereedschap. Het kan nodig zijn om eerst met de rechtermuisknop op het gereedschap Aanwijzer te klikken om het gereedschap voor meerdere punten te selecteren. Klik op elke tand, inclusief primaire en subsidiaire, om deze te nummeren.OPMERKING: Het tellen van het totale aantal tanden, in plaats van het aantal secundaire tanden, zorgt ervoor dat er geen tanden dubbel worden geteld. Het totale aantal tanden wordt afgetrokken van het aantal melktanden om het aantal secundaire tanden te bepalen (zie stap 3.11.7.6). Als u een per ongeluk geselecteerd punt wilt verwijderen, drukt u op de Alt-toets (Windows OS) of Command/cmd of Option (Mac OS) terwijl u tegelijkertijd op het punt klikt. Trek het aantal melktanden af van het totale aantal tanden om het aantal secundaire tanden te bepalen. Noteer dit onder # van secundaire tanden in de spreadsheet voor gegevensinvoer.OPMERKING: Sommige gebruikers geven er de voorkeur aan om tanden te tellen bij het voorbereiden van bladafbeeldingen in plaats van bij het meten. 4. Analyses uitvoeren in R-software OPMERKING: Voor de volgende stappen is het R-pakket dilp11 vereist. De spreadsheet voor gegevensinvoer wordt in R gelezen en door het pakket gebruikt. Raadpleeg het tabblad Aanvullende instructies in de spreadsheet voor gegevensinvoer (aanvullend bestand 2). Het R-script is geschikt voor de analyse van meerdere sites tegelijk of een enkele site. Open R met behulp van uw voorkeursomgeving (R Studio wordt aanbevolen). Voor een inleiding tot R, zie bijvoorbeeld https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.pdf. Installeer het dilp-pakket in je R-sessie. Zie de volgende website voor meer informatie over het installeren van het pakket en het uitvoeren van de bijbehorende functies: https://cran.r-project.org/package=dilp Lees in het .csv bestand met de gegevens over de eigenschappen van fossiele houtachtige tweezaadlobbige angiospermen (d.w.z. gegevens die zijn vastgelegd in de spreadsheet voor gegevensinvoer). Voer de functie dilp() uit voor reconstructies van de gemiddelde jaarlijkse temperatuur (MAT) en de gemiddelde jaarlijkse neerslag (MAP) met bijbehorende fout. Resultaten voor MAT en MAP worden gerapporteerd op basis van een meervoudig lineair regressiemodel (MLR; d.w.z. DiLP) en twee enkelvoudige lineaire regressiemodellen (SLR; d.w.z. bladoppervlakte- en margeanalyses). Voer de functie lma() uit voor bladmassa per gebied (M, A), reconstructies op morfotype- en locatieniveau. Na het uitvoeren van dilp() wordt aanbevolen om te controleren op mogelijke problemen met gegevensverzameling en de gegevenskwaliteit te bevestigen door te kijken naar de uitschieters en foutobjecten in de geretourneerde dilp() -resultaten. U kunt ook de functie dilp_processing() gebruiken, gevolgd door dilp_outliers() en dilp_errors(). Pak eventuele gemarkeerde problemen aan door naar het voorbereide monster te verwijzen en het mogelijk opnieuw te meten. Het wordt aanbevolen om het originele gegevensbestand te bewerken en vervolgens opnieuw in R te lezen. Bepaal of de vindplaats van het fossiel binnen de fysionomische multivariate ruimte van de kalibratiegegevensset valt met behulp van de functie dilp_cca().

Representative Results

Een eerder gepubliceerde dataset van bladfysionomiemetingen van de vroeg-Eocene McAbee-fossielensite in zuid-centraal British Columbia werd gebruikt om een voorbeeld te geven van representatieve resultaten met behulp van zowel de digitale bladfysionomie (DiLP) als de reconstructiemethoden van de bladmassa per gebied (M.A.) (Lowe et al.38; gegevens verstrekt in aanvullend bestand 2). De site biedt de mogelijkheid om het paleoklimaat en de paleo-ecologie te reconstrueren tijdens het warmste interval van het Cenozoïcum (het Vroeg-Eoceen Klimatologisch Optimum) in een hoogland en vulkanisch landschap 38,45,46,47. Fossiele assemblages werden bemonsterd uit twee afzonderlijke horizonten in een lacustriene sequentie, genaamd H1 (28 cm dik) en H2 (27 cm dik), gepoold over een smal bereik van stratigrafie met behulp van een tellingstechniek, waarbij alle exemplaren die een morfotype konden krijgen, werden verzameld of geteld38,48. De fysionomische gegevens van het McAbee-blad hebben de foutcontroles doorstaan die zijn gemarkeerd met dilp_errors(), en zeven uitschieters die zijn gemarkeerd met dilp_outliers() zijn dubbel gecontroleerd om er zeker van te zijn dat de waarden echte variatie in gegevens vertegenwoordigen en geen methodologische fout. De gegevens werden vervolgens door de dilp()- functie gehaald om paleoklimaat te produceren en de lma()- functie voor bladmassa per gebiedsreconstructies. MA reconstructies en de onder- en bovengrenzen van hun 95% voorspellingsintervallen worden gerapporteerd in Tabel 4 op zowel soort- als locatieniveau, met behulp van vergelijkingen gepresenteerd in Royer et al.5 en Butrim et al.10. Gereconstrueerde waarden liggen binnen het bereik van MA dat typisch is voor moderne terrestrische soorten (30-330 g/m2)49. Met behulp van drempels die in Royer et al.5 worden besproken, hebben de meeste soorten een gereconstrueerde MA die overeenkomt met de bladlevensduur van <1 jaar (≤87 g/m2), sommige ~1 jaar (88-128 g/m2), terwijl geen enkele typisch is voor >1 jaar (≥129 g/m2). Reconstructies van site M, A mean en variantie bij McAbee weerspiegelen de prevalentie en diversiteit van bladeconomische strategieën op een site10,50. Er zijn geen opvallende verschillen tussen het locatiegemiddelde en de variantie tussen H1 en H2, en dus is er geen bewijs dat de samenstelling en diversiteit van de economische strategieën van bladeren varieerde tussen de twee tijdstippen. Bovendien waren de site-gemiddelde reconstructies gemaakt met behulp van de vergelijkingen van Royer et al.5 en Butrim et al.10 zeer vergelijkbaar. Reconstructies van de gemiddelde jaartemperatuur (MAT) en de gemiddelde jaarlijkse neerslag (MAP) met behulp van meervoudige lineaire regressie (DiLP) en enkele lineaire regressie (bladmarge- en bladoppervlakteanalyses) die in Peppe et al.6 worden gepresenteerd, worden weergegeven in tabel 5. Schattingen van het paleoklimaat worden het meest betrouwbaar afgeleid als de bladfysionomie van de fossiele bladassemblages plaatsvindt binnen de fysionomische ruimte van de kalibratiedataset. Dit wordt beoordeeld door middel van de analysestap van de canonieke correspondentieanalyse (CCA) die wordt uitgevoerd door de functie dilp_cca(). Zowel McAbee H1 als H2 vallen binnen het bereik van bladfysionomie dat is waargenomen in de kalibratiedataset (Figuur 7A). Als vindplaatsen gereconstrueerde waarden hadden die buiten de kalibratieruimte vielen, moeten paleoklimaatreconstructies voorzichtig worden geïnterpreteerd (bijvoorbeeld door vergelijking met onafhankelijke bewijslijnen; zie Peppe et al.6 voor verdere bespreking). Gereconstrueerde MAT en MAP voor zowel H1 als H2 komen overeen met een gematigd seizoensgebonden bioom (Figuur 7B,C), dat goed overeenkomt met onafhankelijke bewijslijnen, waaronder de dichtstbijzijnde levende verwant gebaseerde gevolgtrekkingen van zowel de fossiele bloemen- als insectengemeenschappen op McAbee45. Figuur 1: Bladfysionomie en architecturale terminologie in dit artikel. (A) Een geveerd geaderd, ongelobd en volledig gerand blad, (B) een handvormig geaderd, ongelobd en getande blad, (C) een veervormig geaderd, gelobd en volledig gerand blad, (D) een handvormig geaderd, gelobd en getande blad. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 2: Stroomschema van de methode. Een stroomdiagram dat laat zien hoe verschillende bladconserveringscondities en bladtypen bepalen welk algemeen type bladeigenschappen betrouwbaar kunnen worden gemeten (geel kader). Dit bepaalt welk voorbereidingsscenario in het protocol wordt gevolgd en in welke kolommen gegevens worden ingevoerd in de spreadsheet voor gegevensinvoer (bullet points). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 3: Verschillende voorbereidingsscenario’s. Verschillende voorbereidingsscenario’s met voorbeelden van voltooide, digitaal voorbereide beelden die klaar zijn voor de meetfase. (A) Scenario 1, volledig gemargineerd blad waarvan de oppervlakte, of de helft van de oppervlakte, niet kan worden gereconstrueerd, (B) Scenario 5, getande blad waarvan de oppervlakte, of de helft van de oppervlakte, niet kan worden gereconstrueerd en waarvan ≥2 opeenvolgende tanden en/of ≥25% van het blad niet bewaard zijn gebleven, (C) Scenario 2, volledig gezoomd blad waarvan de oppervlakte, of de helft van de oppervlakte, behouden blijft of kan worden gereconstrueerd, (D) Scenario 3, een getande vleugel waarvan de oppervlakte, of de helft van de oppervlakte, niet kan worden gereconstrueerd, maar waarvan ≥2 opeenvolgende tanden en ≥25% van het blad bewaard zijn gebleven, (E) Scenario 4, een getande vleugel waarvan de oppervlakte, of de helft van de oppervlakte, behouden blijft of kan worden gereconstrueerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 4: Illustratie van schadeverwijdering. Illustreren hoe je beschadigde rand kunt wegsnijden, en het bladgebied grenzend aan die beschadigde marge. Rode stippellijnen laten zien hoe selecties worden gemaakt met de lassotool. Merk op dat de grenzen van de schade opzettelijk werden gestart bij de sinussen van melktanden (zie aanvullende figuur 2 voor hulp bij het onderscheiden van primaire en secundaire tanden). (A) Een veervormig geaderd blad waarvan de selectie zich uitstrekt tot de middennerf. (B) Een handvormig geaderd blad waarbij de selectie zich uitstrekt tot de dichtstbijzijnde primaire nerf. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 5: Illustratie van een voorbeeld van het uitsnijden van tanden. (A) Rode stippellijnen laten zien hoe selecties worden gemaakt met het lasso-gereedschap. Merk op dat in dit geval de tanden samengesteld zijn, dus er zijn alleen selecties gemaakt tussen de primaire sinussen (zie aanvullende figuur 2 voor hulp bij het onderscheiden van primaire en secundaire tanden), (B) een ingezoomd perspectief van hoe tandselectie werd gemaakt, met rode stippen die aangeven waar op de muis werd geklikt tijdens de selectie, (C) de kopie van het blad wanneer de tanden worden verwijderd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 6: Illustratie van voorbereidingsscenario 4. Illustratie van voorbereidingsbeslissingen en meetstappen voor een voorbeeldblad dat in scenario 4 is voorbereid. (A) Een voorbereidingsscenario waarbij werd besloten dat een half blad de meest betrouwbare bladvorm- en oppervlaktemetingen opleverde, en bewaarde marges op beide mediale helften werden opgenomen voor tandmetingen. (B) Een voorbeeld dat laat zien welke variabelen worden gemeten op verschillende onderdelen van het geprepareerde blad. Vetgedrukte tekst markeert metingen die nodig zijn voor DiLP-en MA-analyses, terwijl niet-vetgedrukte tekst (bladomtrek, minimale Feret en kunstmatige middenomtrek) metingen markeert die niet vereist zijn, maar nuttig zijn voor aanvullende fysionomische karakteriseringen (bijv. vormfactor en compactheid; Tabel 1). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 7: Representatieve resultaten. Resultaten van twee fossielenhorizonten (H1 en H2) bemonsterd in de McAbee Fossil Beds uit het vroege Eoceen van Lowe et al.38. (A) Canonieke correspondentieanalyse die de weergave van de fysionomie van multivariate bladeren in de kalibratiedataset aantoont. Kalibratiegegevens zijn afkomstig van Peppe et al.6. De bladfysionomie van de twee McAbee-horizonten wordt over elkaar heen gelegd en vindt plaats in de kalibratieruimte. (B en C) Schattingen van temperatuur en neerslag, en de daarmee samenhangende onzekerheid (standaardfouten van de modellen), met behulp van vergelijkingen gepresenteerd in Peppe et al.6 van de twee McAbee-horizonten die over een Whittaker Biome-diagram liggen. (B) Schattingen gereconstrueerd met behulp van de Digital Leaf Physiognomy (DiLP) meervoudige lineaire regressiemodellen (MLR), (C) Schattingen gereconstrueerd met behulp van de bladgebiedanalyse (LAA) en bladmargeanalyse (LMA) enkelvoudige lineaire regressies (SLR) vergelijkingen van de twee McAbee-horizonten die over een Whittaker Biome-diagram liggen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Tabel 1: Fysionomische variabelen van het blad. Variabelen die worden gemeten en/of berekend en toegepast in voorspellende modellen met behulp van dit protocol om de droge massa van bladeren per gebied (M.A.), de gemiddelde jaartemperatuur (MAT) en de gemiddelde jaarlijkse neerslag (MAP) te reconstrueren. MAT en MAP worden gereconstrueerd met vergelijkingen gepresenteerd in Peppe et al.6 met behulp van een multivariate benadering voor digitale bladfysionomie (DiLP) en univariate benaderingen voor bladmargeanalyse (LMA) en bladgebiedanalyse (LAA). Variabelen die als Overig wordenvermeld, worden niet gebruikt in MA-, DiLP-, LMA- en LAA-analyses, maar worden nog steeds gemeten en berekend met behulp van dit protocol omdat ze gemakkelijk te implementeren zijn en nuttige karakteriseringen van bladfysionomie bieden. Klik hier om deze tabel te downloaden. Tabel 2: Aanvullende overwegingen en uitleg voor voorbereidingsstappen. Klik hier om deze tabel te downloaden. Tabel 3: Aanvullende overwegingen en uitleg voor het meten van stappen. Klik hier om deze tabel te downloaden. Tabel 4: Reconstructies van de droge massa van het blad per gebied (M.A.) en de bijbehorende boven- en ondergrenzen van de 95% voorspellingsintervallen voor McAbee Fossil Beds van Lowe et al.38. Er worden reconstructies gemaakt voor morfotype gemiddelde5, plaatsgemiddelde 5,10 en plaatsvariantie10. Klik hier om deze tabel te downloaden. Tabel 5: Reconstructies van de gemiddelde jaarlijkse gematigde (MAT) en gemiddelde jaarlijkse neerslag (MAP) voor Horizon 1 (H1) en 2 (H2) in de McAbee Fossil Beds uit het vroege Eoceen met behulp van de meervoudige lineaire regressies (MLR) van Digital Leaf Physiognomy (DiLP) en de single linear regressions (SLR) van bladmargeanalyse (LMA) en bladgebiedanalyse (LAA) gepresenteerd in Peppe et al.6. Klik hier om deze tabel te downloaden. Aanvullende figuur 1: Quercus rubra blad uit Harvard Forest ter illustratie van de lob vs. tand regel. Lijnsegmenten p en d worden in tekst gedefinieerd. Schaalbalken = 1 cm. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullende figuur 2: Betula lutea blad uit Harvard Forest ter illustratie van de regels voor het onderscheiden van secundaire tanden van primaire tanden. Het geïsoleerde bladsegment is 2x vergroot. De blauwe lijn verbindt sinussen met de grootste mate van incisie (d.w.z. primaire sinussen), en tanden die met deze sinussen zijn geassocieerd, worden als primair beschouwd (blauwe pijlen). Rode stippen markeren tanden die als een dochteronderneming kunnen worden onderscheiden omdat hun apicale sinussen in mindere mate zijn ingesneden. Tanden aangeduid met de rode pijlen hebben een vergelijkbare mate van incisie in vergelijking met de primaire tanden, maar kunnen als secundair worden geïdentificeerd door een relatief dunner gemeten hoofdader in vergelijking met de primaire tanden. Schaalbalken = 1 cm. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullende figuur 3: Illustratie van de tandselectie, de oorlobregel en de lobprioriteitsregel. (A) Tandselectie voor een blad van Hamamelis virginiana uit het Huyckreservaat. De donkere gebieden komen overeen met bladweefsel dat wordt opgenomen in de totale tandselectie omdat secundaire tanden worden onderscheiden van primaire tanden. (B) Quercus alba blad van IES illustreert de lobbenprioriteitsregel. De donkere gebieden worden gemeten als lobben en de niet-donkere gebieden worden gemeten als tanden, maar alle uitsteeksels worden als lobben beschouwd via de lobbenprioriteitsregel. Schaalbalken = 1 cm. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullende figuur 4: Acer saccharum blad uit het Allegheny National Forest ter illustratie van de regels voor extensie en solitaire tanden. Stippellijnen geven tandselecties weer. De ononderbroken lijn geeft de symmetrie-as van de bijbehorende tand weer. Het zwarte gebied is een gewicht dat wordt gebruikt om de bladeren plat te maken voor fotografie. Schaalbalken = 1 cm. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullende figuur 5: Illustratie van de ideale manier om een bladsteel uit te snijden die op een hartvormige basis is geplaatst. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullend bestand 1: Sjabloon voor gegevensinvoer voor alle gemeten digitale bladfysionomievariabelen. Dit bestand moet niet worden gewijzigd, omdat het zal worden gebruikt als het invoerbestand voor het R-pakket. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullend bestand 2: Voorbeeldgegevens van McAbee-fossielbedden van Lowe et al.38. Deze gegevens werden gebruikt om figuur 7 te genereren en voor de bespreking van representatieve resultaten. Klik hier om dit bestand te downloaden. Aanvullend dossier 3: Regeldocument voor fossiele digitale bladfysionomie. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

Dit artikel laat zien hoe continue eigenschappen van bladfysionomie kunnen worden gemeten op houtachtige dicotkleurige angiosperm fossiele bladeren en vervolgens kunnen worden toegepast op proxies die zijn ontwikkeld op basis van moderne kalibratiegegevens om paleoklimaat en paleo-ecologie te reconstrueren. Dit vereist dat ervoor wordt gezorgd dat de methodologische stappen worden afgestemd op de stappen die worden weergegeven in de proxy-kalibratiedatasets 5,6,10. Deze overweging begint al vóór de toepassing van dit protocol bij het verzamelen van fossiele bladeren, met name met betrekking tot de steekproefomvang. Het wordt aanbevolen om fossiele bladassemblages samen te voegen over een zo smal mogelijk bereik van stratigrafie om een geschikt aantal meetbare exemplaren en morfotypen te verkrijgen om de tijdgemiddelde te minimaliseren. Het wordt ook aanbevolen om de reconstructie van het paleoklimaat te beperken tot locaties met ten minste 350 identificeerbare exemplaren en ten minste 15-20 houtachtige dicot angiosperm-morfotypes 19,51,52. Verder wordt aanbevolen om bij het kiezen van bladeren voor analyses zoveel mogelijk bladeren per morfotype te meten en op zijn minst exemplaren te kiezen die de variabiliteit van de bladfysionomie binnen een morfotype vertegenwoordigen.

Bij de uitvoering van de voorbereidings- en meetsecties moet verder zorg worden besteed om consistent te blijven met de kalibratiedataset. Stappen die tijdens de voorbereidingsfasen worden uitgevoerd, hebben het grootste potentieel voor subjectiviteit en gevarieerde resultaten tussen gebruikers. Als het protocol echter bewust wordt gevolgd en er vaak wordt verwezen naar de aanvullende overwegingstabellen (Tabel 2, Tabel 3) en het regeldocument (Aanvullend Dossier 3), resulteert deze methode in objectieve en reproduceerbare metingen van de bladfysionomie. Voor gebruikers die nieuw zijn in de methode, wordt aangeraden te bevestigen dat de bladeren correct zijn bereid met iemand die meer ervaring heeft. Speciale aandacht moet worden besteed aan het meten van de bladsteelbreedtevoor MA-reconstructies. Omdat deze waarden gekwadrateerd zijn, zal onnauwkeurigheid in de metingen overdreven worden. Onvolledige conservering en beschadiging kunnen de afmetingen van de bladsteel veranderen en moeten zorgvuldig worden vermeden.

Er zijn enkele beperkingen aan deze methoden die het vermelden waard zijn. Het belangrijkste is dat de proxy-reconstructies die in het dilp R-pakket zijn opgenomen, alleen voor houtachtige tweezaadlobbige angiospermen zijn en dus andere plantengroepen kunnen uitsluiten die prominente componenten waren van oude gemeenschappen. Er zijn echter aanvullende op bladsteeltjes gebaseerde proxies voor soortniveau MA gepubliceerd voor gesteelde en breedbladige naaktzadigen 5,8, kruidachtige angiospermen8 en varens9, die een gebruiker desgewenst afzonderlijk zou kunnen opnemen. De uitsluiting van prominente plantengroepen in gemeenschappen buiten houtachtige tweezaadlobbige angiospermen heeft waarschijnlijk de meeste impact op reconstructies vanhet MA-gemiddelde en de variantie op locatieniveau, omdat ze een onvolledig perspectief zullen bieden op economische strategieën binnen de hele gemeenschap. Fylogenetische geschiedenis beïnvloedt het voorkomen van bladtanden23, wat het potentieel introduceert dat het analyseren van fossiele gemeenschappen met een nieuwe taxonomische samenstelling onzekerheid kan geven in de resulterende schattingen, hoewel de realisatie van deze potentiële invloed nog niet is getest en aangetoond.

Fossiele bladeren moeten ook adequaat worden geconserveerd om kwantitatieve metingen van bladfysionomie buiten de margetoestand op te nemen. Voor DiLP geldt dit met name voor bladeren met volledige marges, omdat ze alleen informatie kunnen bijdragen buiten de margetoestand als het hele blad, of half blad, bewaard is gebleven of kan worden gereconstrueerd. Evenzo kunnen bladeren alleen inM.A-reconstructies worden opgenomen als (1) zowel hun bladsteel bij het inbrengen in het bladblad behouden blijft of, in specifieke gevallen, als de basis van het blad en het meest basale deel van de middennerf behouden blijven (zie opmerking in stap 3.6), en (2) als de grootte van het blad kan worden geschat, hetzij door meting van het hele blad of door reconstructie van het halve blad. Dit betekent dat sommige morfotypen volledig kunnen worden uitgesloten vanM.A-analyses op locatieniveau. Ten slotte is tijd een beperking in dit protocol, omdat univariate alternatieven voor paleoklimaatreconstructies relatief minder tijd kosten om te produceren.

Ondanks deze beperkingen heeft het gebruik van DiLP- enM.A-reconstructiemethoden nog steeds verschillende voordelen ten opzichte van andere methoden. MA-reconstructies zijn een van de weinige manieren om bladeconomische strategieën in het fossielenbestand te reconstrueren, en het gebruik van tweedimensionale bladsteelbreedte- en bladoppervlaktemetingen maakt reconstructies mogelijk met behulp van gewone indruk-/compressiebladfossielen. Voor DiLP verbetert de opname van meerdere continue metingen die functioneel verband houden met het klimaat de reproduceerbaarheid van metingen en de nauwkeurigheid van de resulterende klimaatreconstructies 6,13. Dit protocol is ontworpen om tegemoet te komen aan de onvolledige aard van het fossielenbestand door het mogelijk te maken om bladtandmetingen uit te voeren met behulp van bladfragmenten. Hoewel continue metingen van het bladoppervlak meer informatie geven over de bladgrootte, kunnen DiLP MAP-schattingen worden aangevuld door schattingen van bladgrootteklassen in een poging om de steekproefomvang16,53 te vergroten of door de opname van schattingen van de aderschaling van het bladoppervlak 42,54,55. Zoals met de meeste betrokken methoden, zal de tijdsefficiëntie van dit protocol verbeteren naarmate een gebruiker meer ervaring en vertrouwen krijgt, vooral in de voorbereidingsstappen. Het feit dat de DiLP-metingen op locatieniveau zijn uitgevoerd volgens dit protocol voor >150 moderne 6,10,56 en ten minste 22 fossiele assemblages tot nu toe, getuigt van de haalbaarheid 6,38,39,40,41,42. Ten slotte hebben uitgebreide metingen van bladfysionomie toepassingen die verder gaan dan die welke hier worden besproken en kunnen ze nuttig zijn bij het beschrijven van andere aspecten van plantenecologie, fysiologie, evolutie en ontwikkeling, met toepassing op zowel moderne56– als paleostudies40.

Samenvattend stelt de implementatie van de methoden die in dit artikel worden beschreven een gebruiker in staat om paleoklimaat en paleo-ecologie te reconstrueren met behulp van robuuste en reproduceerbare methoden. Deze methoden bieden een belangrijke gelegenheid om voorbeelden uit het verleden van klimaat- en ecosysteemreacties op milieuverstoringen onder de aandacht te brengen en om meer inzicht te geven in de complexe interacties van de natuurlijke systemen van de aarde.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

AJL bedankt het 2020-2022 niet-gegradueerde Team Leaf aan de Universiteit van Washington voor de motivatie en suggesties voor het maken van effectief trainingsmateriaal voor DiLP. AGF, AB, DJP en DLR bedanken de vele studenten aan de Wesleyan University en Baylor University die moderne en fossiele bladeren hebben gemeten en wiens inbreng van onschatbare waarde was bij het wijzigen en bijwerken van dit protocol. De auteurs erkennen de PBot Quantitative Traits Working Group en het PBOT-team voor het aanmoedigen van het werk om dit protocol te formaliseren om het toegankelijker te maken voor bredere gemeenschappen. Dit werk werd ondersteund door de National Science Foundation (subsidie EAR-0742363 aan DLR, subsidie EAR-132552 aan DJP) en Baylor University (Young Investigator Development Program aan DJP). We danken twee anonieme reviewers en de Review Editor voor hun feedback die heeft bijgedragen aan het verbeteren van de duidelijkheid en volledigheid van dit protocol.

Materials

Copy stand or tripod For fossil photography
Digital camera For fossil photography, high resolution camera preferred
Image editing software  For digital preperation. Examples include Adobe Photoshop and GIMP, the latter of which is free (https://www.gimp.org/)
ImageJ software IJ1.46pr For making digital measurments, free software (https://imagej.net/ij/index.html)
Microsoft Excel Microsoft Or similar software for data entry
R software The R foundation For running provided R script (https://www.r-project.org/). R studio offers a user friendly R enviornment (https://posit.co/download/rstudio-desktop/). Both are free.
dilp R Package Can be installed following instructions here: https://github.com/mjbutrim/dilp
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gates, D. M. Transpiration and leaf temperature. Ann Rev Plant Physiol. 19 (1), 211-238 (1968).
  2. Givnish, T. On the adaptive significance of leaf form. Topics Plant Pop Biol. , 375-407 (1979).
  3. Niklas, K. J. . Plant biomechanics: an engineering approach to plant form and function. , (1992).
  4. Niklas, K. J. . Plant Allometry: The Scaling of Form and Process. , (1994).
  5. Royer, D. L., et al. Fossil leaf economics quantified: Calibration, Eocene case study, and implications. Paleobiology. 33 (4), 574-589 (2007).
  6. Peppe, D. J., et al. Sensitivity of leaf size and shape to climate: global patterns and paleoclimatic applications. New Phytol. 190 (3), 724-739 (2011).
  7. Wright, I. J., et al. The worldwide leaf economics spectrum. Nature. 428 (6985), 821-827 (2004).
  8. Royer, D. L., Miller, I. M., Peppe, D. J., Hickey, L. J. Leaf economic traits from fossils support a weedy habit for early angiosperms. Am J Botany. 97 (3), 438-445 (2010).
  9. Peppe, D. J., et al. Biomechanical and leaf-climate relationships: a comparison of ferns and seed plants. Am J Botany. 101 (2), 338-347 (2014).
  10. . dilp: Reconstruct paleoclimate and paleoecology with leaf physiognomy. R package version 1.1.0 Available from: https://cran.r-project.org/web/packages/dilp/index.html (2024)
  11. Bailey, I. W., Sinnott, E. W. A botanical index of Cretaceous and Tertiary climates. Science. 41 (1066), 831-834 (1915).
  12. Bailey, I. W., Sinnott, E. W. The climatic distribution of certain types of angiosperm leaves. Am J Botany. 3 (1), 24-39 (1916).
  13. Peppe, D. J., Baumgartner, A., Flynn, A. G., Blonder, B. Reconstructing paleoclimate and paleoecology using fossil leaves. Meth Paleoecol: Reconstructing Cenozoic Terre Environ Ecol Comm. , 289-317 (2018).
  14. Wolfe, J. A. . Temperature parameters of humid to mesic forests of eastern Asia and relation to forests of other regions of the Northern Hemisphere and Australasia. , (1979).
  15. Wilf, P. When are leaves good thermometers? A new case for Leaf Margin Analysis. Paleobiology. 23 (3), 373-390 (1997).
  16. Wilf, P., Wing, S. L., Greenwood, D. R., Greenwood, C. L. Using fossil leaves as paleoprecipitation indicators: An Eocene example. Geology. 26 (3), 203-206 (1998).
  17. Miller, I. M., Brandon, M. T., Hickey, L. J. Using leaf margin analysis to estimate the mid-Cretaceous (Albian) paleolatitude of the Baja BC block. Earth Planetary Sci Lett. 245 (1), 95-114 (2006).
  18. Wing, S. L., Greenwood, D. R. Fossils and fossil climate: The case for equable continental interiors in the Eocene. Philosophical Transact: Biol Sci. 341 (1297), 243-252 (1993).
  19. Wolfe, J. A. A method of obtaining climatic parameters from leaf assemblages. U S Geol Sur. (2040), 1-71 (1993).
  20. Huff, P. M., Wilf, P., Azumah, E. J. Digital future for paleoclimate estimation from fossil leaves? Preliminary results. Palaios. 18 (3), 266-274 (2003).
  21. Spicer, R. A. Recent and future developments of CLAMP: Building on the legacy of Jack A. Wolfe. Adv Angiosperm Paleobotany Paleoclimatic Reconstruct. 258, 109-118 (2007).
  22. Yang, J., Spicer, R. A., Spicer, T. E. V., Li, C. S. CLAMP Online’: a new web-based palaeoclimate tool and its application to the terrestrial Paleogene and Neogene of North America. Palaeobiodivers Palaeoenviron. 91 (3), 163-183 (2011).
  23. Little, S. A., Kembel, S. W., Wilf, P. Paleotemperature proxies from leaf fossils reinterpreted in light of evolutionary history. PLoS One. 5 (12), e15161 (2010).
  24. Webb, L. J. A physiognomic classification of Australian rain forests. J Ecol. 47 (3), 551-570 (1959).
  25. Schmerler, S. B., et al. Evolution of leaf form correlates with tropical-temperate transitions in Viburnum (Adoxaceae). Proc Royal Soci B: Biol Sci. 279 (1744), 3905-3913 (2012).
  26. Nicotra, A. B., et al. The evolution and functional significance of leaf shape in the angiosperms. Funct Plant Biol. 38 (7), 535-552 (2011).
  27. Leigh, A., Sevanto, S., Close, J. D., Nicotra, A. B. The influence of leaf size and shape on leaf thermal dynamics: does theory hold up under natural conditions. Plant Cell Environ. 40 (2), 237-248 (2017).
  28. Wright, I. J., et al. Global climatic drivers of leaf size. Science. 357 (6354), 917-921 (2017).
  29. Givnish, T. J. Leaf and canopy adaptations in tropical forests. Physiol Ecol Plants Wet Tropics. 12, 51-84 (1984).
  30. Feild, T. S., Sage, T. L., Czerniak, C., Iles, W. J. Hydathodal leaf teeth of Chloranthus japonicus (Chloranthaceae) prevent guttation-induced flooding of the mesophyll. Plant, Cell Environ. 28 (9), 1179-1190 (2005).
  31. Royer, D. L., Wilf, P. Why do toothed leaves correlate with cold climates? Gas exchange at leaf margins provides new insights into a classic paleotemperature proxy. Int J Plant Sci. 167 (1), 11-18 (2006).
  32. Edwards, E. J., Spriggs, E. L., Chatelet, D. S., Donoghue, M. J. Unpacking a century-old mystery: Winter buds and the latitudinal gradient in leaf form. Botanical Soc Am. 103 (6), 975-978 (2016).
  33. Givnish, T. J., Kriebel, R. Causes of ecological gradients in leaf margin entirety: Evaluating the roles of biomechanics, hydraulics, vein geometry, and bud packing. Am J Botany. 104 (3), 354-366 (2017).
  34. Royer, D. L., Wilf, P., Janesko, D. A., Kowalski, E. A., Dilcher, D. L. Correlations of climate and plant ecology to leaf size and shape: potential proxies for the fossil record. Am J Botany. 92 (7), 1141-1151 (2005).
  35. Green, W. A. Loosening the CLAMP: an exploratory graphical approach to the climate leaf analysis multivariate program. Palaeontol Electro. 9 (2), 19 (2006).
  36. Peppe, D. J., Royer, D. L., Wilf, P., Kowalski, E. A. Quantification of large uncertainties in fossil leaf paleoaltimetry. Tectonics. 29 (3), 002549 (2010).
  37. Royer, D. L., Meyerson, L. A., Robertson, K. M., Adams, J. M. Phenotypic plasticity of leaf shape along a temperature gradient in Acer rubrum. PLoS One. 4 (10), e7653 (2009).
  38. Lowe, A. J., et al. Plant community ecology and climate on an upland volcanic landscape during the early Eocene climatic optimum: McAbee fossil beds, British Columbia, Canada. Palaeogeograp, Palaeoclimatol, Palaeoecol. 511, 433-448 (2018).
  39. Flynn, A. G., Peppe, D. J. Early Paleocene tropical forest from the Ojo Alamo Sandstone, San Juan Basin, New Mexico, USA. Paleobiology. 45 (4), 612-635 (2019).
  40. Allen, S. E., Lowe, A. J., Peppe, D. J., Meyer, H. W. Paleoclimate and paleoecology of the latest Eocene Florissant flora of central Colorado, U.S.A. Palaeogeograp, Palaeoclimatol, Palaeoecol. 551, 109678 (2020).
  41. Baumgartner, A., Peppe, D. J. Paleoenvironmental changes in the Hiwegi Formation (lower Miocene) of Rusinga Island, Lake Victoria, Kenya. Palaeogeograp, Palaeoclimatol, Palaeoecol. 574, 110458 (2021).
  42. Wagner, J. D., Peppe, D. J., O’keefe, J. M., Denison, C. N. Plant community change across the Paleocene-Eocene boundary in the Gulf coastal plain, Central Texas. Palaios. 38 (10), 436-451 (2023).
  43. Ellis, B., et al. . Manual of leaf architecture. , (2009).
  44. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Meth. 9, 671-675 (2012).
  45. Greenwood, D. R., Pigg, K. B., Basinger, J. F., DeVore, M. L. A review of paleobotanical studies of the Early Eocene Okanagan (Okanogan) Highlands floras of British Columbia, Canada, and Washington, USA. Canadian J Earth Sci. 53 (6), 548-564 (2016).
  46. Lowe, A. J., West, C. K., Greenwood, D. R. Volcaniclastic lithostratigraphy and paleoenvironment of the lower Eocene McAbee fossil beds, Kamloops Group, British Columbia, Canada. Canadian J Earth Sci. 55 (8), 923-934 (2018).
  47. Lowe, A. J., et al. Dynamics of deposition and fossil preservation at the early Eocene Okanagan Highlands of British Columbia, Canada: insights from organic geochemistry. Palaios. 37 (5), 185-200 (2022).
  48. Gushulak, C. A. C., West, C. K., Greenwood, D. R. Paleoclimate and precipitation seasonality of the Early Eocene McAbee megaflora, Kamloops Group, British Columbia. Canadian J Earth Sci. 53 (6), 591-604 (2016).
  49. Poorter, H., Niinemets, &. #. 2. 2. 0. ;., Poorter, L., Wright, I. J., Villar, R. Causes and consequences of variation in leaf mass per area (LMA): a meta-analysis. New Phytol. 182 (3), 565-588 (2009).
  50. Enquist, B. J., et al. Scaling from traits to ecosystems. Adv Ecol Res. 52, 249-318 (2015).
  51. Burnham, R. J., Wing, S. L., Parker, G. G. The reflection of deciduous forest communities in leaf litter: implications for autochthonous litter assemblages from the fossil record. Paleobiology. 18 (1), 30-49 (1992).
  52. Burnham, R. J., Ellis, B., Johnson, K. R. Modern tropical forest taphonomy: does high biodiversity affect paleoclimatic interpretations. PALAIOS. 20 (5), 439-451 (2005).
  53. Jacobs, B. F. Estimation of low-latitude paleoclimates using fossil angiosperm leaves: examples from the Miocene Tugen Hills, Kenya. Paleobiology. 28 (3), 399-421 (2002).
  54. Sack, L., et al. Developmentally based scaling of leaf venation architecture explains global ecological patterns. Nat Comm. 3 (1), 837 (2012).
  55. Merkhofer, L., et al. Resolving Australian analogs for an Eocene Patagonian paleorainforest using leaf size and floristics. Am J Botany. 102 (7), 1160-1173 (2015).
  56. Baumgartner, A., Donahoo, M., Chitwood, D. H., Peppe, D. J. The influences of environmental change and development on leaf shape in Vitis. Am J Botany. 107 (4), 676-688 (2020).

Tags

Environmental Sciences

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Lowe, A. J., Flynn, A. G., Butrim, M. J., Baumgartner, A., Royer, D. L., Peppe, D. J. Reconstructing Terrestrial Paleoclimate and Paleoecology with Fossil Leaves Using Digital Leaf Physiognomy and Leaf Mass Per Area. J. Vis. Exp. (212), e66838, doi:10.3791/66838 (2024).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image