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

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

שחזור פליאואקלים ופליאואקולוגיה יבשתיים עם עלים מאובנים באמצעות פיזיונומיה דיגיטלית של עלים ומסת עלים לכל אזור

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

הפרוטוקול שהוצג מציג מדידה דיגיטלית וניתוח של תכונות פיזיונומיות רציפות של עלים על עלים מאובנים כדי לשחזר פליאואקלים ופליאואקולוגיה באמצעות פיזיונומיה דיגיטלית של עלים ושיטות שחזור מסת עלים לכל אזור.

Abstract

האקלים והסביבה משפיעים מאוד על הגודל, הצורה והשיניים (הפיזיונומיה) של עלי הצמחים. יחסים אלה, במיוחד באנגיוספרמים עציים שאינם חד-קוטילידוניים, שימשו לפיתוח פרוקסי מבוססי עלים עבור פליאואקלים ופליאואקולוגיה שיושמו כדי לשחזר מערכות אקולוגיות יבשתיות עתיקות במשך ~120 מיליון השנים האחרונות בהיסטוריה של כדור הארץ. נוסף על כך, בהתחשב בכך שקשרים אלה תועדו בצמחים חיים, הם חשובים להבנת היבטים של אבולוציה של צמחים וכיצד צמחים מגיבים לשינויים אקלימיים וסביבתיים. כדי לבצע ניתוחים מסוג זה על צמחים מודרניים ומאובנים, פיזיונומיה של עלים חייבת להימדד במדויק באמצעות מתודולוגיה הניתנת לשחזור. פרוטוקול זה מתאר שיטה מבוססת מחשב למדידה וניתוח של מגוון משתנים פיסיונומיים של עלים בעלים מודרניים ומאובנים. שיטה זו מאפשרת מדידה של תכונות פיזיונומיות של עלה, בפרט משתנים הקשורים לסרציות עלים, שטח עלה, דיסקציה של עלים ולינאריות המשמשים בפיזיונומיה של העלה הדיגיטלי לשחזור פליאוקלימט, כמו גם רוחב הפטוטרת ושטח העלה, המשמשים לשחזור מסת העלה לאזור, פרוקסי פליאואקולוגי. מכיוון שניתן ליישם שיטת מדידה דיגיטלית זו של תכונות עלים על מאובנים וצמחים חיים, היא אינה מוגבלת ליישומים הקשורים לשחזור פליאואקלים ופליאואקולוגיה. ניתן להשתמש בו גם כדי לחקור תכונות עלים שעשויות להיות אינפורמטיביות להבנת הפונקציה של מורפולוגיה של עלים, התפתחות עלים, יחסים פילוגנטיים של תכונות עלים ואבולוציה של צמחים.

Introduction

עלים הם יחידות ייצור בסיסיות המאפשרות חילופי אנרגיה (למשל, אור, חום) וחומר (למשל, פחמן דו חמצני, אדי מים) בין הצמח לסביבתו 1,2. כדי לבצע פונקציות אלה, עלים חייבים לתמוך מכנית במשקלם כנגד כוח הכבידה באוויר דומם וסוער 3,4. בגלל הקשרים המהותיים האלה, כמה היבטים של גודל, צורה ושיניים של עלים (פיזיוגנומיה) משקפים את פרטי התפקוד והביומכניקה שלהם ומספקים תובנה לגבי סביבתם והאקולוגיה שלהם. עבודות קודמות כימתו את היחסים בין פיזיונומיה של עלים, אקלים ואקולוגיה ברחבי העולם המודרני כדי לבסס פרוקסי שניתן ליישם על מכלולי עלים מאובנים 5,6. פרוקסי אלה מספקים הזדמנויות חשובות לשחזר פליאואקלים ופליאואקולוגיה ותורמים להבנה טובה יותר של יחסי הגומלין המורכבים בין מערכות שונות של כדור הארץ לאורך ההיסטוריה שלו. מאמר זה מפרט את השיטות הדרושות לשימוש בשני פרוקסי: 1) שיטת שחזור מסת העלה לכל שטח כדי להבהיר פליאואקולוגיה, 2) פיזיונומיה דיגיטלית של עלים כדי לשחזר פליאוקלימט.

המסה היבשה של העלים לשטח (MA) היא תכונה צמחית הנמדדת לעתים קרובות הן בניאו-בוטניקה והן בפליאובוטניקה. הערך העיקרי של MA, במיוחד עבור שחזורי מאובנים, הוא שהוא חלק מספקטרום כלכלת העלים, ציר מתואם של תכונות עלים מתואמות היטב הכולל קצב פוטוסינתזה של עלים, אורך חיים של עלים ותכולת חומרי מזון של עלים לפי מסה7. היכולת לשחזר MA ממאובנים מספקת חלון לתהליכים מטבוליים וכימיים אלה, שאחרת אינם נגישים, ובסופו של דבר יכולה לחשוף מידע שימושי על האסטרטגיה האקולוגית של הצמח ותפקוד המערכת האקולוגית.

רוייר ועמיתיו פיתחו שיטה להערכת MA של עלים מאובנים של אנגיוספרם עציים שאינם חד-חד-קוטילדונים (דיקוט) בהתבסס על שטח להב העלה ורוחב הפטיול. תיאורטית, פטיול העלה פועל כקנטילבר, ומחזיק את משקל העלה במיקום אופטימלי 3,4. שטח החתך של הפטוטרת, המהווה את המרכיב המשמעותי ביותר של חוזק הקרן, צריך, אם כן, להיות מתואם מאוד עם מסת העלה. על ידי פישוט צורת הפטוטרת לצינור גלילי, ניתן לייצג את שטח החתך של הפטוטרת עם רוחב הפטוטרת בריבוע, מה שמאפשר להעריך את מסת העלה ממאובן דו-ממדי (להרחבה ראו Royer et al.5). ניתן למדוד את שטח העלה ישירות. יחד, רוחב הפטוטרת בריבוע חלקי שטח העלה (כלומר, מדד הפטוטרות; טבלה 1) מספק פרוקסי טוב למאובנים MA ומאפשר לפליאובוטנאים להיכנס לאקולוגיה מודרנית מבוססת תכונות. שיטות השחזור MA הורחבו גם להתעמלות רחבת עלים ופטיולטים 5,8, אנגיוספרם עשבוני8 ושרכים9, שיצרו יחסים שונים מהיחסים שנצפו עבור אנגיוספרמים של דיקוט עציים ואחד מהשני. מערך נתונים מורחב של דיקוט עצי ומשוואות רגרסיות חדשות לשחזור השונות והממוצע של MA ברמת האתר מאפשרים להסיק את מגוון האסטרטגיות הכלכליות של עלים ואילו אסטרטגיות הן הנפוצות ביותר, בקרב אנגיוספרמים של דיקוט עצי בפלורות מאובנים10.

הקשר בין תכונות עלים פיזיונומיים לבין האקלים שלהם ידוע כבר למעלה ממאהשנה 11,12. באופן ספציפי, הפיזיונומיה של עלי אנגיוספרם דיקוט עציים נמצאת בקורלציה חזקה עם טמפרטורה ולחות13. קשר זה יצר את הבסיס למספר רב של חד-משתנים 14,15,16,17 ורב-משתנים 6,18,19,20,21,22 עלים פיזיונומיים עבור פליאוקלימט יבשתי. שיטות פליאו-אקלים חד-משתניות ורב-משתניות של עלים יושמו באופן נרחב על צמחייה מאובנת הנשלטת על ידי אנגיוספרם בכל היבשות לאורך ~120 מיליון השנים האחרונות של ההיסטוריה של כדור הארץ (הקרטיקון עד המודרני)23.

שתי תצפיות בסיסיות המשמשות בפרוקסי פליאואקלים פיזיונומיים של עלים הן: 1) הקשר בין גודל העלה לכמות המשקעים השנתית הממוצעת (MAP) ו-2) הקשר בין שיני העלה (כלומר, תחזיות כלפי חוץ של שולי העלה) והטמפרטורה השנתית הממוצעת (MAT). באופן ספציפי, גודל העלה הממוצע של כל מיני האנגיוספרם של דיקוט עצים ביישוב נמצא בקורלציה חיובית עם MAP, וחלקם של מיני אנגיוספרם דיקוט עציים ביישוב עם עלים בעלי שיניים, בנוסף לגודל ומספר השיניים נמצא בקורלציה שלילית עם MAT 6,12,13,14,15,16,24.

קשר פונקציונלי בין יחסי פיזיונומיה עלים-אקלים אלה נתמך מאוד הן על ידי תיאוריה והן על ידי תצפית 1,2,25. לדוגמה, למרות שעלים גדולים יותר מספקים שטח פנים פוטוסינתטי גדול יותר, הם דורשים תמיכה גדולה יותר, מאבדים יותר מים באמצעות טרנספירציה, ושומרים על חום הגיוני יותר בגלל שכבת גבול עבה יותר 1,26,27. לכן, עלים גדולים יותר נפוצים יותר בסביבות רטובות וחמות יותר מכיוון שאיבוד מים באמצעות טרנסספירציה מוגברת מקרר ביעילות עלים ופחות בעייתי. לעומת זאת, עלים קטנים יותר באקלים חם ויבש יותר מפחיתים את איבוד המים ונמנעים מהתחממות יתר במקום זאת על ידי הגדלת איבוד חום הגיוני28,29. פרטים על אילו גורמים, או שילוב של גורמים, תורמים בצורה החזקה ביותר להסבר קשרים פונקציונליים נשארים חידתיים עבור תכונות עלים אחרות. לדוגמה, הוצעו מספר השערות כדי להסביר את הקשר בין שיני העלה ל-MAT, כולל קירור עלים, אריזת ניצנים יעילה, תמיכה משופרת ואספקה של עלים דקים, גיזום באמצעות הידתודים, ופרודוקטיביות משופרת בתחילת העונה 30,31,32,33.

רוב הפרוקסי הפליאו-אקלימי הפיזיונומי של העלים מסתמך על חלוקה קטגורית של תכונות העלה ולא על מדידות כמותיות של משתנים רציפים, מה שמוביל למספר חסרונות פוטנציאליים. הגישה הקטגורית אינה כוללת שילוב של מידע מפורט יותר שנלכד על ידי מדידות רציפות בעלות מתאם חזק עם האקלים (למשל, מספר שיניים, ליניאריות עלים), אשר יכול להפחית את הדיוק של הערכות פליאואקלים 6,20,34. בנוסף, בחלק משיטות הניקוד של תכונות העלים, התכונות המדורגות באופן קטגורי יכולות להיות מעורפלות, מה שמוביל לבעיות ביכולת השחזור, ולחלק מהתכונות יש ראיות אמפיריות מוגבלות התומכות בקשר התפקודי שלהן לאקלים 6,15,16,35,36.

כדי להתמודד עם חסרונות אלה, Huff et al.20 הציעו מדידה דיגיטלית של תכונות עלים רציפים בשיטה הידועה בשם פיזיונומיה של עלים דיגיטליים (DiLP). יתרון מרכזי של DiLP על פני שיטות קודמות הוא הסתמכותו על תכונות ש-1) ניתנות למדידה אמינה בין משתמשים, 2) רציפות בטבע, 3) קשורות פונקציונלית לאקלים, ו-4) מציגות פלסטיות פנוטיפית בין עונות הגידול 6,37. זה הוביל להערכות מדויקות יותר של MAT ו- MAP מאשר שיטות פליאואקלים פיזיונומיות קודמות של עלים6. בנוסף, השיטה מתאימה לאופי הלא מושלם של תיעוד המאובנים על ידי מתן צעדים להסבר עלים פגומים ולא שלמים. שיטת DiLP יושמה בהצלחה על מגוון של צמחי מאובנים מיבשות מרובות המשתרעים על פני טווח גדול של זמן גיאולוגי 6,38,39,40,41,42.

הפרוטוקול הבא הוא הרחבה של זה שתואר בעבודה קודמת 5,6,20,34. הוא יסביר את ההליכים הדרושים לשחזור פליאואקלים ופליאואקולוגיה מעלים מאובנים של דיקוט אנגיוספרם עצי באמצעות שיטות השחזור DiLP ו- MA (ראה טבלה 1 להסבר על המשתנים שנמדדו וחושבו באמצעות שימוש בפרוטוקול זה). בנוסף, פרוטוקול זה מספק שלבים לרישום ולחישוב תכונות עלים שאינן כלולות בניתוח DiLP או MA אך קלות ליישום ומספקות אפיונים שימושיים של פיזיונומיה של עלים (טבלה 1). הפרוטוקול פועל במתכונת הבאה: 1) הדמיה של עלים מאובנים; 2) הכנה דיגיטלית של עלה, המאורגנת בחמישה תרחישי הכנה אפשריים; 3) מדידה דיגיטלית של עלים, המאורגנת באותם חמישה תרחישי הכנה אפשריים; ו-4) ניתוחי DiLP ו-MA, תוך שימוש בחבילת R dilp10.

הפרוטוקול לשחזורי MA מוטמע בתוך פרוטוקול DiLP מכיוון ששניהם נוחים להכנה ומדידה זה לצד זה. אם משתמש מעוניין בניתוחי MA בלבד, עליו לבצע את שלבי ההכנה המתוארים בתרחיש הכנה DiLP 2, בין אם שולי העלה הם שיניים או לא, ואת שלבי המדידה המתארים רוחב פטיול, שטח פטיולה ומדידות שטח עלה בלבד. לאחר מכן משתמש יכול להפעיל את הפונקציות המתאימות בחבילת dilp R המבצעת את שחזורי MA .

Protocol

1. הדמיית עלי מאובנים מקם את מאובן העלה מתחת למצלמה וודא שהוא שוכב שטוח ככל האפשר באמצעות, למשל, ארגז חול או מרק כדי לתקוע טריז מתחת למאובן.הערה: כאשר מצלמים מספר דגימות על בלוק אחד, עדיף לצלם אותן כתקריבים בנפרד כדי להבטיח שפרטי המאובן ברורים וחדים. כדאי גם למקם את המאובן על רקע מט כהה מוצק, כגון לבד שחור או קטיפה. הניחו פס אבנית אופקי ובאותו מישור אנכי כמו העלה, מקמו אותו קרוב למאובן אך לא מכסים חלקים ממנו. אם יש מעט או אין מטריצה סביב המאובן, יש למקם את קנה המידה בתוך מסגרת התמונה ולהיות בפוקוס. באמצעות חצובה מצלמה או מעמד להעתקה, מקם את המצלמה ישירות מעל עלה המאובן כשהעדשה מקבילה לפני הסלע. כדי להבטיח שפרטי העלה מצולמים בחדות, מקמו את המצלמה קרוב ככל האפשר למאובן תוך שמירה על מרחק המוקד של העדשה/המצלמה וודאו שהמאובן כולו נמצא בתוך מסגרת הצילום.הערה: במידת האפשר, עדיף להשתמש במצלמה דיגיטלית ברזולוציה גבוהה ובעדשת מאקרו עם מיקוד ידני ועומק שדה מספיק כדי להתמקד בחדות על העלה שיעובד. באמצעות אור עקיף, להאיר את המאובן לפי הצורך כדי לראות בבירור את כל קווי המתאר של הדגימה. לעתים קרובות יש צורך להתאים מחדש את התאורה עבור כל מאובן. צלמו את עלה המאובן ותייגו את קובץ התמונה בהתאם. 2. הכנה דיגיטלית הערה: איור של טרמינולוגיה אדריכלית עלים המשמשת לאורך פרוטוקולים אלה מסופק באיור 1. השתמשו בעץ ההחלטה (איור 2) ובדוגמאות שסופקו (איור 3) כדי לקבוע איזה תרחיש הכנה ישים לעלה המאובן שיש למדוד והמשיכו לחלק המתאים הזה. לוח עזר 2 לשיקולים נוספים בשלבי ההכנה. אם העלה נופל תחת תרחיש 1 או 5, לא ניתן להכין את העלה למדידות פיזיונומיה כמותיות של העלה. תרחיש 2: עלה שלם בשוליים ששטחו, או חצי שטחו, נשמר או ניתן לשחזור.פתח את הקובץ בתוכנת עיבוד התמונה (לדוגמה, Adobe Photoshop או GIMP). חתוך את התמונה, במידת הצורך, פעולה המסייעת להקטין את גודל הקובץ הסופי, אך מבטיחה שסרגל קנה המידה עדיין ייכלל. הכפילו את רוחב מרחב העבודה בלחיצה על ‘תמונה > בד ציור’ (Photoshop); תמונה > גודל בד ציור (GIMP). מומלץ להוסיף בד ציור חדש מימין או משמאל לבד הציור הנוכחי. אם שולי העלה דורשים שחזור מסוים, החליטו אם ניתן למדוד בצורה אמינה יותר את שטח העלה ואת צורתו מחצי עלה או מעלה שלם (איור 3). העתק את העלה מתוך מטריצת הסלע. עקבו אחר העלה כולו או חציו, כולל הפטוטרת אם קיימת, בעזרת כלי לאסו (ראו טבלה 2). העתק והדבק את הבחירה ומקם אותה באזור פתוח של בד הציור. שקול להדביק שני עותקים של בחירה זו, אחד מהם הוא עותק לא ערוך לחזור אליו במידת הצורך כדי להפעיל מחדש את תהליך ההכנה. תקן חלקים פגומים בשוליים באמצעות קו בצבע מתאים (בדרך כלל שחור אם על רקע לבן). ציירו קו המשתרע על השוליים הפגומים כך שהשוליים ייבנו מחדש באופן מהימן, לדוגמה, בעזרת מברשת הצבע או הכלי קו. ודא שהקו עבה מספיק כדי להיראות (~ 1-2 משקל נק’) ושהוא מחבר את השוליים על פני האזור הפגוע. הסר את הפטוטרת מהעלה, אם קיימת, באמצעות הכלי לאסו.מבחינה ויזואלית, עקבו אחר שולי העלה לאורך הבסיס עד לנקודה שבה הוא בא במגע עם הפטיול, שצבעו לעתים קרובות כהה יותר ואינו מכיל ורידים ייחודיים. הניחו שם נקודת לאסו. עשו את אותו הדבר על החצי השני של העלה והניחו שם את הנקודה השנייה.הערה: אם בסיס העלה סימטרי, הקו יהיה ~ ניצב לפטיול; אם הוא לא סימטרי, הקו יהיה בזווית. הקיפו את הפטוטרת כולה כדי לסיים את הבחירה. גזור והדבק, או השתמש בכלי ההזזה, כדי למקם את הפטוטרת ליד להב העלה, אך לא לגעת בה.הערה: עבור בסיס עלה קורדט או לובט, כלומר הבסיס משתרע מתחת למקום שבו הפטוטרת מתחברת ללהב העלה, לפטוטרת יש פוטנציאל להישען על בסיס העלה שמתחתיו היכן שהפטיולה מתחברת ללהב העלה. דאגו לחתוך את הפטוטרת מהמקום שבו היא מתחברת בפועל, לעקוב מקרוב אחר שולי הפטוטרת ולתקן את השוליים הפגומים שנוצרו. ידוע כי זה עשוי להיות קשה לראות ברוב המאובנים. חתוך את האזור הסופי של התמונה במידת הצורך כדי להקטין את הקובץ. ראו איור 3 דוגמה לאופן שבו התמונה שהוכנה צריכה להופיע. תרחיש 3: עלה בעל שיניים ששטחו, או חצי שטחו, אינו ניתן לשחזור אך ≥ לו שתי שיניים רצופות ו-≥25% מהעלה השתמרהערה: מדידות שיניים הן התכונות היחידות שניתן למדוד על עלים מקטגוריה זו, ולכן העלים מוכנים רק למדידות אלה.פתח את הקובץ בתוכנת עיבוד תמונה (לדוגמה, Adobe Photoshop או GIMP). חתוך את התמונה, במידת הצורך, כדי להקטין את גודל הקובץ הסופי, אך ודא שסרגל קנה המידה עדיין כלול. נסה לרבע את רוחב מרחב העבודה בלחיצה על Image > Canvas (Photoshop); תמונה > גודל בד ציור (GIMP). מומלץ להוסיף בד ציור חדש מימין או משמאל לבד הציור הנוכחי. העתק את העלה מתוך מטריצת הסלע. עקבו אחר היקף העלה שהשתמר, כולל הפטוטרת אם קיימת, בעזרת כלי לאסו. אל תדאג לעקוב אחר חלקים פגומים של השוליים דווקא משום שהם יוסרו. העתק והדבק את הבחירה ומקם אותה באזור פתוח של בד הציור. שקול להדביק שני עותקים של בחירה זו, אחד מהם הוא גרסה לא ערוכה לחזור אליה במידת הצורך כדי להפעיל מחדש את תהליך ההכנה. אם קיים, הסירו את הפטוטרת מהעלה בעזרת הכלי לאסו.מבחינה ויזואלית, עקבו אחר שולי העלה לאורך הבסיס עד לנקודה שבה הוא בא במגע עם הפטיול, שצבעו לעתים קרובות כהה יותר ואינו מכיל ורידים ייחודיים. הניחו שם נקודת לאסו. עשו את אותו הדבר על החצי השני של העלה והניחו שם את הנקודה השנייה.הערה: אם בסיס העלה סימטרי, הקו יהיה ~מאונך לפטוטרות, אם הוא אסימטרי, הקו יהיה בזווית. הקיפו את הפטוטרת כולה כדי לסיים את הבחירה. גזור והדבק, או השתמש בכלי ההזזה, כדי למקם את הפטוטרת ליד להב העלה, אך לא לגעת בה.הערה: עבור בסיס עלה קורדט או לובט, כלומר הבסיס משתרע מתחת למקום שבו הפטוטרת מתחברת ללהב העלה, לפטוטרת יש פוטנציאל להישען על בסיס העלה שמתחתיו היכן שהפטיולה מתחברת ללהב העלה. דאגו לחתוך את הפטוטרת מהמקום שבו היא מתחברת בפועל, לעקוב מקרוב אחר שולי הפטוטרת ולתקן את השוליים הפגומים שנוצרו. זה עשוי להיות קשה לראות ברוב המאובנים. הסירו את האזור הסמוך לחלקים פגומים של השוליים בעזרת הכלי לאסו.התחילו את הבחירה בנקודה לאורך השוליים התוחמים את החלק הפגוע וציירו קו ישר מנקודה זו אל הווריד הראשי המאונך לווריד הראשי (איור 4). התחל את הבחירה בסינוס השן הראשוני המשומר הקרוב ביותר לנזק. הדבר מבטיח שאגף השן לא ייכלל כהיקף פנימי במדידות הבאות, ושיני המשנה לא יימדדו כאילו היו שיניים ראשוניות. זה עשוי להיות לא מתאים אם השיניים מרוחקות, מאחר ששוליים שמורים יותר מדי עלולים בסופו של דבר להיות מוסרים (איור 4). המשיכו את הבחירה לאורך הווריד הראשי עד לגובה עם החסם השני של השוליים הפגועים, וציירו קו ישר בניצב לווריד הראשי לשוליים (איור 4).הערה: עבור עלים מנוקדים (איור 1A), עם ובלי ורידים אגרופיים (ראו Ellis et al.43), הווריד העיקרי הוא הווריד הראשי (כלומר, הווריד האמצעי). עבור עלים בעלי ורידי דקל (איור 1B,D), הווריד הראשי הוא הווריד הראשי הקרוב ביותר (לדוגמה, איור 4B). עבור עלים בעלי אונה מקוצצת (איור 1C), אם הנזק ממוקם על אונה מקוצצת, הווריד העיקרי הוא הווריד (בדרך כלל וריד משני) שמזין את האונה. השלם את הבחירה ומחק חלק זה של הדף. חזור על הפעולה עבור כל החלקים הפגומים של העלה. העתק והדבק את העלה המוכן והניחו אותו באזור פתוח של הבד. הסר את השיניים באמצעות כלי לאסו.התחילו בקודקוד העלה, באחד מאפיקי האונה, או בשן האפיקלית ביותר של שבר עלה, ובצעו סלקציה בכל סינוס שן ראשוני לאורך העלה, האונה או השבר (איור 5; ראו איור משלים 1, איור משלים 2 לקבלת עצות כיצד להבחין בין שיניים ראשוניות לשיניים משניות וכיצד להבחין בין שיניים לאונות). הקפד לעקוב אחר הכללים המתאימים בעת חיתוך שיניים (טבלה 2; תרשים משלים 3).הערה: שיניים ראשוניות הופכות לעתים קרובות קטנות יותר לכיוון הבסיס והקודקוד. לאחר בחירת הסינוס האפי של השן הבסיסית ביותר, יש להחיל את כלל ההרחבה (טבלה 2; איור משלים 4) כדי לעקור את השן האחרונה של הרצף. הסר את השיניים על ידי חיתוך והדבקת השיניים ליד להב העלה כאשר השיניים נעקרו מבלי לגעת בו. אם לתכשיר יש אונות עלים נוספות או שברים הדורשים עקירת שיניים, חזור על השלבים לעיל עד לעקירת כל השיניים. אם נוצרה גרסה נוספת של העלה החתוך המקורי, מחק את הגרסה הנוספת. חתוך את האזור הסופי של התמונה במידת הצורך כדי להקטין את הקובץ. ראו איור 3 דוגמה לאופן שבו התמונה שהוכנה צריכה להופיע. תרחיש 4: עלה בעל שיניים ששטחו, או שטח העלה, נשמר או ניתן לשחזורפתח את הקובץ בתוכנת עיבוד התמונה (לדוגמה, Adobe Photoshop או GIMP). חתוך את התמונה, במידת הצורך, כדי להקטין את גודל הקובץ הסופי, אך ודא שסרגל קנה המידה עדיין כלול. נסה לרבע את רוחב מרחב העבודה בלחיצה על Image > Canvas (Photoshop); תמונה > גודל בד ציור (GIMP). מומלץ להוסיף בד ציור חדש מימין או משמאל לבד הציור הנוכחי. החליטו כיצד יכין את העלה. יש לבצע מדידות שטח/צורה של עלה שלם או חצי עלה, להחליט איזו אפשרות תביא למדידות מדויקות יותר. יש לבצע מדידות שיניים לאורך כל חלקי השוליים שהשתמרו. במקרים מסוימים, מדידות שטח/צורת העלה עשויות להתרחש בתת-קבוצה שונה של העלה מאשר תת-הקבוצה שבה נמדדים משתני השן.הערה: בדוגמה שסופקה (איור 6), הוחלט כי חצי עלה ישוחזר בצורה אמינה יותר מאשר עלה שלם. השוליים שהשתמרו בפינה הימנית התחתונה (>1 שן משומרת) נכללו במדידות השן. הפרוטוקול הבא עבור תרחיש 4 עוקב פחות או יותר אחר הדוגמה שסופקה (איור 6), אך הפרטים עשויים להשתנות מעט בהקשרי הכנה שונים. העתק את העלה מתוך מטריצת הסלע, והקפד לכלול את כל השוליים שהשתמרו.עקבו אחר שולי העלה, כולל הפטוטרת אם קיימת, בעזרת כלי לאסו. אין לעקוב אחר חלקים פגומים בשוליים שלא ייכללו במדידות שטח/צורה בדיוק משום שהם יוסרו (למשל, חצי ימין של העלה באיור 6). העתק והדבק את הבחירה ומקם באזור פתוח של בד הציור. שקול להדביק שני עותקים של בחירה זו, אחד מהם הוא עותק לא ערוך לחזור אליו במידת הצורך כדי להפעיל מחדש את תהליך ההכנה. אם קיים, הסר את הפטוטרת מהעלה בעזרת הכלי לאסו.מבחינה ויזואלית, עקבו אחר שולי העלה לאורך הבסיס עד לנקודה שבה הוא בא במגע עם הפטיול, שצבעו לעתים קרובות כהה יותר ואינו מכיל ורידים ייחודיים. הניחו שם נקודת לאסו. עשו את אותו הדבר על החצי השני של העלה והניחו שם את הנקודה השנייה.הערה: אם בסיס העלה סימטרי, הקו יהיה ~ ניצב לפטיול; אם הוא לא סימטרי, הקו יהיה בזווית. הקיפו את הפטוטרת כולה כדי לסיים את הבחירה. גזור והדבק, או השתמש בכלי הזזה, כדי למקם את הפטוטרת ליד העלה, אך לא לגעת בו.הערה: עבור בסיס עלה קורדט או לובט, כלומר הבסיס משתרע מתחת למקום שבו הפטוטרת מתחברת ללהב העלה, לפטוטרת יש פוטנציאל להישען על בסיס העלה שמתחתיו היכן שהפטיולה מתחברת ללהב העלה. דאגו לחתוך את הפטוטרת החוצה מהמקום שבו היא מתחברת, לעקוב מקרוב אחר שולי הפטוטרת ולתקן את השוליים הפגומים שנוצרו כתוצאה מכך (איור משלים 5). זה עשוי להיות קשה לראות ברוב המאובנים. העתק והדבק את העלה המבודד עם הפטוטרת שהוסרה כדי ליצור עותק שני כדי להתכונן למדידות שיניים ומקם אותו באזור פתוח של הבד. הכינו גרסה של העלה למדידות שטח העלה והצורה.אם מכינים חצי עלה, חותכים את עודפי חומר העלה בעזרת כלי הלאסו כך שנשאר רק חצי עלה שלם. אם מכינים עלה שלם, אין להסיר חומר עלה. במקרה הצורך, תקנו אזורים פגומים לאורך השוליים בעזרת קו בצבע המתאים בעזרת קו או כלי מברשת צבע (בדרך כלל קו שחור לרקע לבן). ודא שהקו עבה מספיק כדי להיראות (~ 1-2 משקל נק’) ושהוא מחבר את השוליים על פני האזור הפגוע. הכינו גרסה של העלה למדידות שיניים.הסירו את האזור הסמוך לחלקים פגומים של השוליים בעזרת הכלי לאסו.התחילו את הבחירה בנקודה לאורך השוליים התוחמת את החלק הפגוע ושרטטו קו ישר מנקודה זו אל הווריד הראשי המאונך לווריד הראשי (איור 4). התחל את הבחירה בסינוס השן הראשוני המשומר הקרוב ביותר לנזק. הדבר מבטיח שאגף השן לא ייכלל כהיקף פנימי במדידות הבאות, ושיני המשנה לא יימדדו כאילו היו שיניים ראשוניות. זה עשוי להיות לא מתאים אם השיניים מרוחקות, מאחר ששוליים שמורים יותר מדי עלולים בסופו של דבר להיות מוסרים (איור 4). המשיכו את הבחירה לאורך הווריד הראשי עד לגבול השני של השוליים הפגועים וציירו קו ישר בניצב לווריד הראשי אל השוליים (איור 4).הערה: עבור עלים מנוקדים (איור 1A), עם ובלי ורידים אגרופיים (ראו אליס ואחרים 43 להגדרה ודוגמאות), הווריד הראשי הוא הווריד העיקרי (כלומר, הווריד האמצעי). עבור עלים בעלי ורידי דקל (איור 1B,D), הווריד הראשי הוא הווריד הראשי הקרוב ביותר (לדוגמה, איור 4B). עבור עלים בעלי אונה מקוצצת (איור 1C), אם הנזק ממוקם על אונה מקוצצת, הווריד העיקרי הוא הווריד (בדרך כלל וריד משני) שמזין את האונה. מחק את החלק הפגוע של העלה. עשו את אותו הדבר עבור כל החלקים הפגומים של העלה. העתק והדבק את הגרסה שהוכנה למדידות שיניים, עם חלקים פגומים שהוסרו, ומניחים באזור פתוח של הבד. הסר את השיניים באמצעות כלי לאסו.התחילו בקודקוד העלה, באחד מאפיקי האונה, או בשן האפיקלית ביותר של שבר עלה, ובצעו סלקציה בכל סינוס שן ראשוני לאורך העלה, האונה או השבר (איור 5; ראו איור משלים 2 לקבלת עצות כיצד להבחין בין שיניים ראשוניות לשיניים משניות וכיצד להבחין בין שיניים לאונות). הקפד לעקוב אחר הכללים המתאימים בעת חיתוך שיניים (טבלה 2; תרשים משלים 2).הערה: שיניים ראשוניות הופכות לעתים קרובות קטנות יותר לכיוון הבסיס והקודקוד. לאחר בחירת הסינוס האפי של השן הבסיסית ביותר, יש להחיל את כלל ההרחבה (טבלה 2; איור משלים 4) כדי לעקור את השן האחרונה של הרצף. הסר את השיניים על ידי חיתוך והדבקת השיניים ליד להב העלה כאשר השיניים נעקרו מבלי לגעת בו. אם לתכשיר יש אונות עלים נוספות או שברים הדורשים עקירת שיניים, חזור על השלבים לעיל עד לעקירת כל השיניים. אם נוצרה גרסה נוספת של העלה המקורי החתוך, מחק את הגרסה הנוספת. חתוך את האזור הסופי של התמונה במידת הצורך כדי להקטין את הקובץ. ראו איור 3 דוגמה לאופן שבו התמונה שהוכנה צריכה להופיע. 3. מדידה דיגיטלית הערה: גיליון אלקטרוני של תבנית הזנת נתונים מסופק כקובץ משלים 1. טבלת הפניה 3 לשיקולים נוספים בשלבי המדידה. בתרחישים 1 ו- 5, השלב היחיד הנדרש הוא לרשום את מצב שולי העלה בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים (שלב 3.5). פתח את תוכנת ImageJ44. הגדר אילו מדידות יבוצעו באופן אוטומטי (בצע זאת פעם אחת לאחר התקנת התוכנית). לחץ על נתח > קבע מדידות, ובחר רק את הקוטר של שטח, היקף וקוטר Feret. ודא שמקומות עשרוניים מוגדרים ל- 3. פתח את תמונת עלה המאובן שהוכנה על-ידי לחיצה על File > Open או פשוט על-ידי גרירה ושחרור של התמונה בסרגל הכלים ImageJ שכבר נפתח. קבעו את קנה המידה לכל תמונת עלה חדש.הערה: זהו שלב קריטי ויש לעשות זאת עבור כל תמונת דף חדש כדי להבטיח מדידות מדויקות.לחץ על הכלי קו ישר. התקרב לסרגל קנה המידה וצייר את הקו הישר הארוך ביותר האפשרי לאורך סרגל קנה המידה. לחץ על נתח > הגדר קנה מידה. במרחק ידוע, הזן את האורך הנמדד בס”מ (כדי להיות עקבי עם היחידה המשמשת במערך נתוני הכיול המודרני). אין צורך לשנות את יחידת האורך. לחץ על אישור. סמן את הדף כבעל שיניים (0) או שלם (1) בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים. מדדו את רוחב הפטוטרת אם הפטוטרת קיימת. יש לבצע מדידות על העותק המקורי של העלה שעדיין נמצא במטריצת הסלע, מכיוון שהוא מספק הקשר הרבה יותר טוב.הערה: אם הפטוטרת אינה נוכחת, במקרים מסוימים, ניתן למדוד את רוחב הווריד האמצעי במיקומו הבסיסי במקום הפטוטרת. עם זאת, יש לעשות זאת רק אם כל רוחב הווריד האמצעי נשמר (כלומר, אין למינה דחוסה על גבי הווריד או שהמאובן משמר את הצד האבקסיאלי של העלה) ודגימות אחרות מאותו מין או מורפוטיפ מראות כי רוחב הווריד הבסיסי שווה לרוחב הפטוטרות.ציירו קו ישר בניצב לפטיול, היכן שהפטוטרת פוגשת את להב העלה, או אם נקודת ההחדרה אינה סימטרית, ציירו קו בניצב לפטוטרת בנקודת ההכנסה הבסיסית ביותר. חשוב למתוח קו זה בזהירות. לכן, מומלץ להתקרב לאזור זה של העלה כדי להקל על שרטוט הקו במדויק.הערה: ישנן נסיבות מיוחדות שבהן יש לשנות שלב זה, כולל אם, בנקודת ההחדרה הבסיסית ביותר, קיים נזק, טריכומות, נקטרים, קוצים או תכונות אחרות המונעות מדידות מדויקות של רוחב הפטוטרות. במקרים אלה, מדוד את רוחב הפטוטרת בנקודה הראשונה מתחת לתכונה שבה ניתן לבצע את המדידה בצורה אמינה. לחצו על ‘נתח > מדידה’, או השתמשו בקיצור מקשים כדי למדוד את אורך הקו שצויר. ציירו את אותו קו בתמונה כדי ליצור תיעוד של המקום המדויק שבו בוצעה המדידה בלחיצה על ‘עריכה’ >’צייר ‘ או על שימוש בקיצור דרך. שנה את צבע הקו באמצעות כלי בסרגל הכלים הראשי (דוגם צבע), במידת הצורך. לאחר שרטוט הקו, שמור את התמונה, רצוי תחת שם קובץ שהשתנה. רשום את אורך שורה זו תחת רוחב פטוטרת בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים. הכינו את הדף למדידות נוספות על-ידי הפיכת התמונה לשחור-לבן. לשם כך, לחץ על תמונה > הקלד > 8 סיביות. הגדר את התמונה על-ידי לחיצה על תמונה > התאם > סף או השתמש בקיצור הדרך. תיבה בשם סף תיפתח ותשנה חלק מהתמונה לאדום. אם צבע העלה בהיר והרקע כהה, לחץ על רקע כהה. התאימו את הסף באמצעות פס המחוון עד שפנים העלה יהיה אדום וייבדל מהרקע. זהו שלב קריטי ומקום קל להפיק נתונים לא מדויקים. ודא שהאזור האדום מתאים בדיוק לעלה (כלומר, כל היקף העלה אדום ולא יותר), על ידי התקרבות לחלקים מסוימים של השוליים. רווחים של אדום בתוך פנים העלה מקובלים ואינם משפיעים על המדידות.הערה: אם קווי המתאר של העלה אינם מוגדרים היטב, נסה תחילה להתאים את הסף תוך כדי הגדלה כדי לוודא שקווי המתאר של העלה אדומים. אם הניגודיות הנמוכה בין המאובן לרקע מונעת החלת סף אמין, השתמשו בכלי מברשת צבע כדי להוסיף קו מתאר אחיד להיקף העלה באזורים שבהם הניגודיות דלה מדי. לחלופין, החזירו את העלה לתוכנת עיבוד התמונה (לדוגמה, Adobe Photoshop או GIMP) והתאימו את הניגודיות של שכבות העלה המבודדות או את צבע הרקע כדי להבדיל ביניהן טוב יותר. מדדו את שטח העלה ואת צורתו של העלים שהוכנו מראש בתרחישים 2 (שלב 2.1) ו-4 (שלב 2.4).הערה: השתמשו באיור 2 ובאיור 6B כמדריך שבו נמדדים משתנים על אילו רכיבים של התמונה שהוכנה. אם העלים הוכנו בתרחיש 3 (שלב 2.2), דלג על שלב זה והמשך לשלב 3.11.מדדו את העלה שהוכן למדידות שטח העלה וצורתו, שיש להסיר רק את הפטוטרת שלו (אם היה פטיול). בחרו בכלי שרביט . לחץ על החלק הפנימי של העלה. העלה כולו צריך להיות מסומן בצהוב – ודא שקווי המתאר נכונים. בצע מדידות על-ידי לחיצה על נתח > מדידה או באמצעות קיצור הדרך. אם השטח הנמדד מוכן כדף שלם, שטח רשומה, היקף, Feret ומינימום Feret בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים. אם השטח שנמדד מוכן כחצי עלה, רק להקליט Feret ולהמשיך לשלב הבא. אם השטח שנמדד הוא חצי עלה, מדדו את ההיקף האמצעי המלאכותי של העלה, שהוא אורך ההיקף המלאכותי שנובע מחיתוך העלה לשניים (איור 6B). אם השטח שנמדד הוא כל העלה, דלג על שלב זה ושלב 3.10.5.הערה: מדידת ההיקף האמצעי המלאכותי מאפשרת לחשב את היקף הלהב מחצאי עלים (ראה שלב 3.10.5 להלן). היקף להב אינו משמש במשתנים הכלולים בניתוחי DiLP ו- MA , אך משמש למשתנים אחרים השימושיים לאפיון פיזיונומיה (למשל, גורם צורה, קומפקטיות; טבלה 1).בחרו בכלי קו מקוטע בלחיצה ימנית על הכלי קו . עקוב אחר כל אורכו של ההיקף האמצעי המלאכותי. לחצו על ‘נתח > מדידה’ או השתמשו בקיצור הדרך למדידת האורך. מדידה זו תשמש בנוסחה לחישוב היקף הלהב להלן (שלב 3.10.5). אם השטח הנמדד הוא חצי עלה, שנה את המדידות בעת הזנתן בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים על-ידי הכפלת השטח ב- 2, הכפלת ה- Feret המינימלי ב- 2 וחישוב היקף הלהב על-ידי חיסור ההיקף האמצעי המלאכותי מהיקף חצי העלה ולאחר מכן הכפלה ב- 2 באמצעות הנוסחה הבאה:היקף להב = (היקף – היקף אמצעי מלאכותי) x 2 אם קיימת פטוטרת חתוכה, מדדו את שטחה. אם האפשרות אינה קיימת, המדידה תושלם עבור תרחיש 2, אך המשך לשלב 3.11 עבור תרחיש 4.לחץ על הפטוטרת החתוכה בעזרת הכלי שרביט. הפטוטרת צריכה להיות מסומנת בצהוב. בצע מדידות על-ידי לחיצה על נתח > מדידה או באמצעות קיצור הדרך. אזור רשומה מתחת לאזור petiole בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים. עבור תרחיש 2 (שלב 2.1), המדידה הושלמה כעת; עבור תרחיש 4 (שלב 2.3), המשך לשלב הבא. מדדו משתני שיניים עבור עלים שהוכנו מראש בתרחישים 3 (שלב 2.2) ו-4 (שלב 2.3).מדוד את הלהב הגולמי. בעזרת כלי השרביט, בחר את פנים הלהב הגולמי (כלומר, עלה שהוכן למדידות שיניים שעדיין יש לו שיניים; איור 6B). זה צריך להיות מסומן בצהוב. בצע מדידות על-ידי לחיצה על נתח > מדידה או באמצעות קיצור הדרך.הערה: בהתאם לאופן הכנת העלה, ייתכן שיהיה צורך למדוד כמה מקטעים נפרדים, ולחבר את האזורים שלהם יחד (למשל, איור 6B). לחלופין, ניתן לבחור מקטעים מרובים בו-זמנית על-ידי בחירת מקטע שני בעזרת הכלי שרביט תוך החזקת מקש Shift . רשום שטח והיקף תחת שטח להב גולמי והיקף להב גולמי בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים. מדוד את הלהב הגולמי הפנימי. בחר את החלק הפנימי של הלהב הגולמי הפנימי (כלומר, עלה שהוכן למדידות שיניים שהוסרו ממנו השיניים; איור 6B). זה צריך להיות מסומן בצהוב. בצע מדידות על-ידי לחיצה על נתח > מדידה או באמצעות קיצור הדרך.הערה: בהתאם לאופן הכנת העלה, ייתכן שיהיה צורך למדוד כמה מקטעים נפרדים, ולחבר את האזורים שלהם יחד (למשל, איור 6B). לחלופין, ניתן לבחור מקטעים מרובים בו-זמנית על-ידי בחירת מקטע שני בעזרת הכלי שרביט תוך החזקת מקש Shift . שטח רשומה והיקף תחת שטח להב גולמי פנימי והיקף להב גולמי פנימי בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים. מדוד את אורך היקף החתך. הסר את הסף כדי לראות את העלה בבירור, לחץ על איפוס בתיבת הסף או לחץ על ערוך > בטל – האחרון יסיר בדרך כלל גם את המרת 8 סיביות בשחור-לבן. בחרו בכלי הקו המקוטע ועקבו אחר האורך המלא של היקף החיתוך על הלהב הגולמי. מדוד על-ידי לחיצה על נתח > מדידה או באמצעות קיצור הדרך. אם יש מספר מנות, חזור על השלבים הקודמים כדי למדוד את אורך היקף החיתוך של כל חלק. רשום את האורך, או את סכום האורכים, תחת אורך היקף החיתוך בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים.הערה: היקף החיתוך מוצג באמצעות הכנת העלה על ידי הסרת נזק. ברוב המקרים, זה שונה מההיקף האמצעי המלאכותי (איור 6B). ספירת שיניים ראשוניות ושיניים משנה, אם קיימות.הערה: ראו איור משלים 2 לקבלת עצות כיצד להבחין בין שיניים ראשוניות לשיניים משניות.אם הסף עדיין לא הוסר, הסר אותו כעת. כדי להסיר את הסף, לחץ על איפוס בתיבה סף או לחץ על ערוך > בטל – האחרון בדרך כלל יסיר גם את המרת 8 סיביות בשחור-לבן. ספרו את מספר השיניים הראשוניות (ראו איור משלים 2 לקבלת עצות כיצד להבחין בין שיניים ראשוניות לשיניים משניות). בחרו בכלי ריבוי נקודות. ייתכן שיהיה צורך ללחוץ תחילה באמצעות לחצן העכבר הימני על הכלי נקודה כדי לבחור בכלי ריבוי נקודות. לחץ על כל שן ראשית כדי למספר אותה. להסרת נקודה שנבחרה בטעות, הקישו Alt (מערכת ההפעלה Windows) או Command/cmd או Option (Mac OS) תוך כדי לחיצה על הנקודה. רשום את המספר הסופי תחת # של שיניים ראשיות בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים. נקה את ספירת הכלים והביאורים מרובי הנקודות בלחיצה על Edit > Selection > Select None או השתמש בקיצור המקשים. ספור את המספר הכולל של השיניים (כלומר, כל השיניים הראשוניות והמשנה הקיימות על העלה). בחרו בכלי ריבוי נקודות. ייתכן שיהיה צורך ללחוץ תחילה באמצעות לחצן העכבר הימני על הכלי נקודה כדי לבחור בכלי ריבוי נקודות. לחץ על כל שן, כולל ראשית וחברה-בת, כדי למספר אותה.הערה: ספירת המספר הכולל של השיניים, ולא מספר שיני המשנה, מבטיחה שאף שיניים לא ייספרו פעמיים. מספר השיניים הכולל מופחת במספר השיניים הראשוניות כדי לקבוע את מספר השיניים הבנות (ראה שלב 3.11.7.6). להסרת נקודה שנבחרה בטעות, הקישו Alt (מערכת ההפעלה Windows) או Command/cmd או Option (Mac OS) תוך כדי לחיצה על הנקודה. הפחת את מספר השיניים הראשוניות ממספר השיניים הכולל כדי לקבוע את מספר השיניים המשנה. רשום זאת תחת # של שיני חברה בת בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים.הערה: חלק מהמשתמשים מעדיפים לבצע ספירת שיניים בעת הכנת תמונות עלים ולא בעת מדידה. 4. הרצת אנליזות בתוכנת R הערה: השלבים הבאים דורשים את חבילת R dilp11. הגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים נקרא לתוך R ומשמש את החבילה. עיין בכרטיסיה הוראות נוספות בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים (קובץ משלים 2). סקריפט R יכול להכיל ניתוח של מספר אתרים בו זמנית או אתר יחיד. פתח את R באמצעות הסביבה המועדפת עליך (מומלץ R Studio). למבוא ל-R, ראו, למשל, https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.pdf. התקן את חבילת ה- dilp בהפעלת R שלך. עיין באתר האינטרנט הבא לקבלת מידע נוסף אודות אופן התקנת החבילה והפעלת הפונקציות המשויכות אליה: https://cran.r-project.org/package=dilp קרא בקובץ .csv המכיל את נתוני תכונת עלה האנגיוספרם העצי המאובן (כלומר, נתונים שנרשמו בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים). הפעל את הפונקציה dilp() עבור שחזורי טמפרטורה שנתית ממוצעת (MAT) ומשקעים שנתיים ממוצעים (MAP) עם שגיאה משויכת. תוצאות עבור MAT ו- MAP מדווחות ממודל רגרסיה ליניארית מרובה (MLR; כלומר, DiLP) ושני מודלים בודדים של רגרסיה ליניארית (SLR; כלומר, ניתוח שטח עלה ושוליים). הפעל את הפונקציה lma() עבור שחזורי מסת עלה לכל שטח (MA) ברמת המורפוטיפ והאתר. לאחר הפעלת dilp() , מומלץ לבדוק אם קיימות בעיות פוטנציאליות באיסוף נתונים ולאשר את איכות הנתונים על-ידי התבוננות בחריגים ובאובייקטי השגיאה בתוצאות dilp() שהוחזרו. לחלופין, השתמש בפונקציה dilp_processing() ואחריה dilp_outliers() ו- dilp_errors(). טפל בבעיות שסומנו על-ידי הפניה לדגימה שהוכנה ומדידה מחדש שלה. מומלץ לערוך את קובץ הנתונים המקורי ולאחר מכן לקרוא אותו שוב ל-R. קבע אם אתר המאובנים נמצא בתוך המרחב הפיזיונומי הרב-משתני של ערכת נתוני הכיול באמצעות הפונקציה dilp_cca().

Representative Results

מערך נתונים שפורסם בעבר של מדידות פיזיונומיה של עלים מאתר המאובנים המוקדם של אאוקן מקאבי בדרום-מרכז קולומביה הבריטית שימש כדי לספק דוגמה לתוצאות מייצגות באמצעות שיטות שחזור הן של פיזיונומיה של עלים דיגיטליים (DiLP) והן של מסת עלים לאזור (MA) (Lowe et al.38; הנתונים נמסרו בקובץ משלים 2). האתר מספק הזדמנות לשחזר פליאואקלים ופלאואקולוגיה במהלך המרווח החם ביותר של הקנוזואיקון (האופטימום האקלימי המוקדם של האיאוקן) בנוף הררי וגעשי 38,45,46,47. מכלולי מאובנים נדגמו משני אופקים נפרדים ברצף לקוסטרין, שנקרא H1 (28 ס”מ עובי) ו-H2 (27 ס”מ עובי), שאוגדו על פני טווח צר של סטרטיגרפיה בטכניקת מפקד, לפיה כל הדגימות שניתן להקצות להן מורפוטיפ נאספו או נספרו38,48. הנתונים הפיזיונומיים של עלה McAbee עברו את בדיקות השגיאה שסומנו על ידי dilp_errors(), ושבעה חריגים שסומנו על ידי dilp_outliers() נבדקו פעמיים כדי לוודא שהערכים מייצגים שונות אמיתית בנתונים ולא טעות מתודולוגית. הנתונים הועברו לאחר מכן דרך פונקציית דילפ() כדי לייצר פליאואקלים ופונקציית lma() עבור שחזורי מסת עלים לכל שטח. שחזורי MA והגבול התחתון והעליון של מרווחי החיזוי שלהם של 95% מדווחים בטבלה 4 הן ברמת המין והן ברמת האתר, תוך שימוש במשוואות שהוצגו ב-Royer et al.5 וב-Butrim et al.10. ערכים משוחזרים נמצאים בטווח של MA אופייני למינים יבשתיים מודרניים (30-330 גרם/מ”ר 2)49. באמצעות ערכי סף שנדונו ב-Royer et al.5, לרוב המינים יש MA משוחזר שמתאים לתוחלת החיים של העלים של <1 שנה (≤87 גרם/מ"ר 2), חלקם ~1 שנה (88-128 גרם/מ”ר 2), בעוד שאף אחד מהם אינו אופייני לשנה >1 (≥129 גרם/מ”ר 2). שחזורים של אתר MA ממוצע ושונות במקאבי משקפים את השכיחות והמגוון של אסטרטגיות כלכליות באתר10,50. אין הבדלים בולטים בין ממוצע האתר והשונות בין H1 ל-H2, ולכן אין ראיות לכך שההרכב והמגוון של האסטרטגיות הכלכליות של העלים השתנו בין שתי נקודות הזמן. בנוסף, שחזורי ממוצע האתר שנעשו באמצעות המשוואות של Royer et al.5 ו- Butrim et al.10 היו דומים מאוד. שחזורים של טמפרטורה שנתית ממוצעת (MAT) ומשקעים שנתיים ממוצעים (MAP) באמצעות רגרסיה ליניארית מרובה (DiLP) ורגרסיה ליניארית יחידה (ניתוח שולי עלים ושטח עלה) המוצגות בפפה ועמיתיו 6 מוצגים בטבלה 5. הערכות פליאו-אקלימיות מוסקות בצורה האמינה ביותר אם הפיזיונומיה של העלים המאובנים מתרחשת בתוך המרחב הפיזיונומי של מערך נתוני הכיול. זה מוערך באמצעות שלב ניתוח התאמה קנונית (CCA) המבוצע על ידי הפונקציה dilp_cca(). גם McAbee H1 וגם H2 נמצאים בטווח הפיזיונומיה של העלים שנצפתה במערך נתוני הכיול (איור 7A). אם אתרים שחזרו ערכים שנפלו מחוץ למרחב הכיול, יש לפרש שחזורים פליאו-אקלימיים בזהירות (למשל, באמצעות השוואה לקווי ראיות עצמאיים; ראו פפה ואחרים 6 לדיון נוסף). MAT ו-MAP משוחזרים הן עבור H1 והן עבור H2 עולים בקנה אחד עם ביום עונתי ממוזג (איור 7B,C), אשר מסכים היטב עם קווי ראיות עצמאיים, כולל מסקנות קרובות משפחה המבוססות על קרובי משפחה החיים הקרובים ביותר הן של קהילות הפרחים המאובנים והן של קהילות החרקים במקאבי45. איור 1: פיזיונומיה של עלים וטרמינולוגיה אדריכלית לאורך מאמר זה. (A) עלה בעל ורידים נקודתיים, ללא אונה ושוליים שלמים, (B) עלה בעל ורידים, ללא אונה ושיניים, (C) עלה בעל ורידים, אונה ושוליים שלמים, (D) עלה בעל ורידים, אונה ושיניים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 2: תרשים זרימה של השיטה. תרשים זרימה המדגים כיצד תנאי שימור עלים שונים וסוגי עלים שונים קובעים איזה סוג כללי של תכונות עלה ניתן למדוד באופן אמין (קופסה צהובה). פעולה זו קובעת איזה תרחיש הכנה יבוצע בפרוטוקול, ובאילו עמודות יוזנו נתונים בגיליון האלקטרוני של הזנת הנתונים (נקודות תבליט). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 3: תרחישי הכנה שונים. תרחישי הכנה שונים המדגימים דוגמאות של תמונות שהושלמו שהוכנו דיגיטלית מוכנות לשלב המדידה. (א) תרחיש 1, עלה שלם בשוליים ששטחו, או חצי שטחו, אינו ניתן לשחזור, (ב) תרחיש 5, עלה שן ששטחו, או חצי שטחו, אינו ניתן לשחזור ואין לו ≥2 שיניים רצופות ו/או ≥25% מהעלה שהשתמר, (ג) תרחיש 2, עלה שוליים שלם ששטחו, או חצי שטחו, נשמר או ניתן לשחזור, (ד) תרחיש 3, עלה שן ששטחו, או חצי שטחו, אינו ניתן לשחזור אך יש לו ≥2 שיניים רצופות ו-≥25% מהעלה השתמר, (ה) תרחיש 4, עלה שן ששטחו, או חצי שטחו, נשמר או ניתן לשחזור. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 4: המחשה של הסרת נזקים. המחשה כיצד לגזור את השוליים הפגומים, ואת שטח העלה הסמוך לשוליים הפגועים. קווים אדומים מקווקווים מדגימים כיצד מתבצעות בחירות בעזרת הכלי לאסו. שימו לב שגבולות הנזק החלו במכוון בסינוסים של שיניים ראשוניות (ראו איור משלים 2 לעזרה בהבחנה בין שיניים ראשוניות לשיניים משניות). (A) עלה בעל ורידים נקודתיים שבו הבחירה מורחבת לווריד האמצעי. (B) עלה בעל וריד דקל שבו הבחירה מורחבת לווריד הראשי הקרוב ביותר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 5: דוגמה לחיתוך שיניים. (A) קווים אדומים מקווקווים מדגימים כיצד מתבצעות בחירות בעזרת הכלי לאסו. שימו לב שבמקרה הזה, השיניים מורכבות, ולכן נעשו סלקציות בין סינוסים ראשוניים בלבד (ראו איור משלים 2 לעזרה בהבחנה בין שיניים ראשוניות לשיניים משניות), (B) פרספקטיבה מוגדלת של אופן בחירת השיניים, עם נקודות אדומות המייצגות היכן לחצו על העכבר במהלך הבחירה, (C) את העתק העלה בעת עקירת השיניים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. איור 6: המחשה של תרחיש הכנה 4. המחשה של החלטות הכנה ומדידת צעדים לדף לדוגמה שהוכן בתרחיש 4. (A) תרחיש הכנה שבו הוחלט כי חצי עלה מספק את מדידות צורת העלה והשטח האמינות ביותר, ונכללו שוליים שהשתמרו בשני חצאי הביניים לצורך מדידות שיניים. (B) דוגמה המדגימה אילו משתנים נמדדים על רכיבים שונים של העלה המוכן. טקסט מודגש מדגיש מדידות הדרושות לניתוחי DiLP ו- MA , ואילו טקסט שאינו מודגש (היקף להב, Feret מינימלי והיקף אמצעי מלאכותי) מדגיש מדידות שאינן נדרשות אך שימושיות לאפיונים פיזיונומיים נוספים (לדוגמה, גורם צורה וקומפקטיות; טבלה 1). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. תרשים 7: תוצאות מייצגות. תוצאות משני מאובנים (H1 ו-H2) שנדגמו בראשית האאוקן מקאבי מאובנים מ-Lowe et al.38. (A) ניתוח התאמה קנונית המראה את הייצוג של פיזיונומיה של עלים רב-משתניים במערך נתוני הכיול. נתוני הכיול לקוחים מ-Peppe et al.6. הפיזיונומיה של שני אופקי מקאבי חופפת ומתרחשת בתוך מרחב הכיול. (B ו-C) אומדני טמפרטורה ומשקעים, ואי הוודאות הנלווית אליהם (שגיאות תקן של המודלים), תוך שימוש במשוואות המוצגות בפפה ועמיתיו 6 של שני אופקי מקאבי על גבי דיאגרמת Whittaker Biome. (B) אומדנים המשוחזרים באמצעות מודלים של רגרסיות ליניאריות מרובות (MLR) Digital Leaf Physiognomy (DiLP), (C) אומדנים המשוחזרים באמצעות ניתוח שטח העלה (LAA) וניתוח שולי העלים (LMA) משוואות רגרסיות ליניאריות בודדות (SLR) של שני אופקי McAbee החופפים בדיאגרמת Whittaker Biome. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה. טבלה 1: משתנים פיסיונומיים של עלה. משתנים הנמדדים ו/או מחושבים ומיושמים במודלים לחיזוי המשתמשים בפרוטוקול זה כדי לשחזר מסה יבשה של עלים לכל שטח (MA), טמפרטורה שנתית ממוצעת (MAT) ומשקעים שנתיים ממוצעים (MAP). MAT ו-MAP משוחזרים באמצעות משוואות שהוצגו ב-Peppe et al.6 באמצעות גישה רב-משתנית עבור Digital Leaf Physiognomy (DiLP) וגישות חד-משתניות עבור ניתוח שולי עלים (LMA) וניתוח שטח עלים (LAA). משתנים הרשומים כאחרים אינם משמשים בניתוחי MA, DiLP, LMA ו- LAA אך עדיין נמדדים ומחושבים באמצעות פרוטוקול זה מכיוון שהם קלים ליישום ומספקים אפיונים שימושיים של פיזיונומיה של עלים. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו. טבלה 2: שיקולים נוספים והסברים לשלבי ההכנה. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו. טבלה 3: שיקולים והסברים נוספים למדידת צעדים. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו. טבלה 4: שחזורים של מסה יבשה של עלים לכל שטח (MA) וגבולות עליונים ותחתונים קשורים של מרווחי החיזוי של 95% עבור מיטות מאובנים של McAbee מ- Lowe et al.38. שחזורים מבוצעים עבור מורפוטיפ ממוצע5, ממוצע אתר 5,10 וסטיית אתר10. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו. טבלה 5: שחזורים של משקעים שנתיים ממוצעים ממוזגים (MAT) וממוצעים שנתיים (MAP) עבור אופק 1 (H1) ו-2 (H2) בערוגות המאובנים המוקדמות של אאוקן מקאבי תוך שימוש ברגרסיות ליניאריות מרובות (MLR) של פיזיונומיה דיגיטלית של עלים (DiLP) ורגרסיות ליניאריות בודדות (SLR) של ניתוח שולי עלים (LMA) וניתוח שטח עלים (LAA) שהוצגו בפפה ועמיתיו. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו. איור משלים 1: עלה Quercus rubra מיער הרווארד שממחיש את כלל האונה לעומת השן. מקטעי שורה p ו – d מוגדרים בטקסט. פסי קנה מידה = 1 ס”מ. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה. איור משלים 2: עלה Betula lutea מיער הרווארד הממחיש את הכללים להבחנה בין שיניים משניות לשיניים ראשוניות. קטע העלה המבודד הוגדל פי 2. הקו הכחול מחבר את הסינוסים עם דרגת החתך הגדולה ביותר (כלומר, סינוסים ראשוניים), והשיניים הקשורות לסינוסים אלה נחשבות ראשוניות (חיצים כחולים). נקודות אדומות מסמנות שיניים שניתן להבדיל ביניהן כמשנה, מכיוון שהסינוסים האפיקליים שלהן חתוכים במידה פחותה. לשיניים המסומנות בחצים האדומים יש דרגת חתך דומה בהשוואה לשיניים הראשוניות, אך ניתן לזהותן כמשניות על ידי וריד ראשי דק יחסית בהשוואה לשיניים הראשוניות. פסי קנה מידה = 1 ס”מ. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה. איור משלים 3: איור של בחירת שיניים, כלל האונה המנומרת וכלל עדיפות האונה. (A) בחירת שיניים לעלה Hamamelis virginiana משמורת Huyck. האזורים הכהים מתאימים לרקמת העלה הנכללת בבחירת השיניים הכוללת מכיוון ששיניים משניות נבדלות משיניים ראשוניות. (B) עלה Quercus alba מ-IES מדגים את כלל עדיפות האונה. האזורים הכהים נמדדים כאונות, והאזורים הלא כהים נמדדים כשיניים, אך כל התחזיות נחשבות לאונות באמצעות כלל עדיפות האונה. פסי קנה מידה = 1 ס”מ. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה. איור משלים 4: עלה Acer saccharum מהיער הלאומי Allegheny הממחיש את כללי ההארכה והשיניים הבודדות. קווים מקווקווים מתארים בחירות שיניים. הקו המוצק מתאר את ציר הסימטריה של השן המשויכת. האזור השחור הוא משקולת המשמשת להשטחת העלים לצילום. פסי קנה מידה = 1 ס”מ. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה. איור משלים 5: המחשה של הדרך האידיאלית לחתוך פטוטרת שממוקמת על גבי בסיס קורדט. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 1: תבנית הזנת נתונים עבור כל משתני הפיזיונומיה של העלה הדיגיטלי שנמדדו. אין לשנות קובץ זה, מכיוון שהוא ישמש כקובץ הקלט עבור חבילת R. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 2: נתונים לדוגמה ממיטות מאובנים של McAbee מ- Lowe et al.38. נתונים אלה שימשו ליצירת תרשים 7 ולדיון בתוצאות מייצגות. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. קובץ משלים 3: מסמך כללים לפיזיונומיה של עלים דיגיטליים מאובנים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Discussion

מאמר זה מציג כיצד ניתן למדוד תכונות רציפות של פיזיונומיה של עלים על עלים מאובנים של אנגיוספרם של דיקוט עצי, ולאחר מכן ליישם אותן על פרוקסי שפותחו מנתוני כיול מודרניים כדי לשחזר פליאואקלים ופליאואקולוגיה. לשם כך יש להקפיד על התאמת צעדים מתודולוגיים לאלה המיוצגים בערכות הנתוניםשל כיול פרוקסי 5,6,10. שיקול זה מתחיל לפני יישום פרוטוקול זה במהלך איסוף עלי מאובנים, במיוחד ביחס לגודל הדגימה. מומלץ לאגד מכלולי עלים מאובנים על פני טווח צר ככל האפשר של סטרטיגרפיה כדי לקבל מספר מתאים של דגימות ומורפוטיפים מדידים כדי למזער את ממוצע הזמן. מומלץ גם להגביל את השחזור הפליאו-אקלימי לאתרים עם לפחות 350 דגימות ניתנות לזיהוי ולפחות 15-20 מורפוטיפים של אנגיוספרם של דיקוט עצי. יתר על כן, בעת בחירת עלים לניתוח, מומלץ למדוד כמה שיותר עלים לכל מורפוטיפ, ולכל הפחות, לבחור דגימות המייצגות את השונות של פיזיונומיה של עלים בתוך מורפוטיפ.

יש לנקוט משנה זהירות בעת יישום קטעי ההכנה והמדידה כדי להישאר עקביים עם מערך נתוני הכיול. לשלבים המתבצעים בשלבי ההכנה יש את הפוטנציאל הגדול ביותר לסובייקטיביות ולתוצאות מגוונות בין המשתמשים. עם זאת, אם עוקבים אחר הפרוטוקול במכוון ומפנים לעתים קרובות לטבלאות השיקולים הנוספים (טבלה 2, טבלה 3) ולמסמך הכללים (קובץ משלים 3), שיטה זו מביאה למדידות אובייקטיביות וניתנות לשחזור של הפיזיונומיה של העלים. עבור משתמשים חדשים בשיטה, אישור כי העלים הוכנו כראוי עם מישהו שיש לו יותר ניסיון מומלץ. יש לנקוט זהירות מיוחדת בעת מדידת רוחב הפטוטרות לשחזורי MA . מכיוון שערכים אלה הם בריבוע, חוסר הדיוק במדידות יהפוך למוגזם. שימור ונזק לא שלמים עלולים לשנות את ממדי הפטוטרת ויש להימנע מהם בזהירות.

ישנן כמה מגבלות לשיטות אלה שראוי לציין. חשוב מכל, שחזורי הפרוקסי הכלולים בחבילת הדילפ R מיועדים לאנגיוספרמים של דיקוט עצי בלבד, ולכן עשויים להחריג קבוצות צמחים אחרות שהיו מרכיבים בולטים בקהילות עתיקות. עם זאת, פרוקסי נוספים מבוססי פטיולי עלים עבור רמת MA פורסמו עבור התעמלות פטיולטית ורחבת עלים 5,8, אנגיוספרם עשבוני8 ושרכים9, שהמשתמש יכול לשלב בנפרד אם ירצה. הדרתן של קבוצות צמחים בולטות בקהילות מעבר לאנגיוספרמים של דיקוט עצי היא ככל הנראה בעלת ההשפעה הרבה ביותר על שחזורים של ממוצע ושונות ברמת האתר MA, שכן הם יספקו פרספקטיבה חלקית של אסטרטגיות כלכליות בתוך הקהילה כולה. ההיסטוריה הפילוגנטית משפיעה על הופעתן של שיני עלים23, ומציגה את הפוטנציאל שניתוח קהילות מאובנים בעלות הרכב טקסונומי חדש עשוי להקנות אי-ודאות באומדנים המתקבלים, אם כי מימוש השפעה פוטנציאלית זו טרם נבדק והוכח.

עלים מאובנים צריכים גם להישמר כראוי כדי לשלב מדידות כמותיות של פיזיונומיה של עלים מעבר למצב השוליים. עבור DiLP, זה נכון במיוחד עבור עלים עם שוליים שלמים, מכיוון שהם יכולים לתרום מידע מעבר למצב השוליים רק אם כל העלה, או חצי העלה, נשמר או ניתן לשחזר. באופן דומה, ניתן לשלב עלים בשחזורי MA רק אם (1) נשמרת הפטוטרת שלהם בעת הכנסתה ללהב העלה, או, במקרים ספציפיים, אם בסיס העלה והחלק הבסיסי ביותר של הווריד האמצעי נשמרים (ראה הערה בשלב 3.6), ו-(2) אם ניתן להעריך את גודל העלה, או באמצעות מדידת עלה שלם או שחזור חצי עלה. משמעות הדבר היא שמורפוטיפים מסוימים עשויים להישלל לחלוטין מניתוחי MA ברמת האתר. לבסוף, הזמן הוא מגבלה עם פרוטוקול זה, שכן חלופות חד-משתניות לשחזורים פליאו-אקלימיים לוקחות פחות זמן לייצר.

למרות מגבלות אלה, לשימוש בשיטות שחזור DiLP ו- MA עדיין יש מספר יתרונות על פני שיטות אחרות. שחזורי MA הם אחת הדרכים היחידות לשחזר אסטרטגיות כלכליות של עלים בתיעוד המאובנים, והשימוש במדידות דו-ממדיות של רוחב הפטוטרות ושטח העלה מאפשר לבצע שחזורים באמצעות מאובני עלי רושם/דחיסה נפוצים. עבור DiLP, שילוב של מדידות רציפות מרובות הקשורות פונקציונלית לאקלים משפר את יכולת השחזור של המדידות ואת הדיוק של שחזורי האקלים המתקבלים 6,13. פרוטוקול זה נועד להתאים לאופי החלקי של תיעוד המאובנים בכך שהוא מאפשר לבצע מדידות של שיני עלים באמצעות שברי עלים. למרות שמדידות רציפות של שטח העלה מספקות מידע נוסף על גודל העלה, ניתן להשלים את הערכות DiLP MAP על ידי אלה המשתמשים במחלקות גודל עלים במאמץ להגדיל את גודל המדגם16,53 או באמצעות שילוב של אומדני קנה מידה ורידים של שטח העלה 42,54,55. כמו ברוב השיטות המעורבות, יעילות הזמן של פרוטוקול זה תשתפר ככל שהמשתמש יהפוך מנוסה ובטוח יותר, במיוחד בשלבי ההכנה. העובדה שמדידות DiLP ברמת האתר נעשו בהתאם לפרוטוקול זה עבור >150 מודרניים 6,10,56 ולפחות 22 מכלולי מאובנים עד כה מעידים על היתכנות 6,38,39,40,41,42 . לבסוף, למדידות מקיפות של פיזיונומיה של עלים יש יישומים מעבר לאלה שנדונו כאן, והן עשויות להיות שימושיות בתיאור היבטים אחרים של אקולוגיה של צמחים, פיזיולוגיה, אבולוציה והתפתחות, עם יישום הן למחקרי56 מודרניים והן למחקרי פליאו40.

לסיכום, יישום השיטות המפורטות במאמר זה מאפשר למשתמש לשחזר פליאואקלים ופלאואקולוגיה באמצעות שיטות חזקות וניתנות לשחזור. שיטות אלה מספקות הזדמנות חשובה להציג דוגמאות עבר של תגובות אקלים ומערכות אקולוגיות להפרעות סביבתיות ולספק תובנה נוספת לגבי האינטראקציות המורכבות של המערכות הטבעיות של כדור הארץ.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

AJL מודה ל- Team Leaf לתואר ראשון 2020-2022 באוניברסיטת וושינגטון על המוטיבציה וההצעות להכנת חומרי הדרכה יעילים עבור DiLP. AGF, AB, DJP ו-DLR מודים לסטודנטים הרבים לתואר ראשון באוניברסיטת ווסליאן ובאוניברסיטת ביילור שמדדו עלים מודרניים ומאובנים ואשר תרומתם לא תסולא בפז בשינוי ועדכון פרוטוקול זה. המחברים מודים לקבוצת העבודה לתכונות כמותיות של PBot ולצוות PBOT על עידוד העבודה למסד פרוטוקול זה כדי להפוך אותו לנגיש יותר לקהילות רחבות יותר. עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע (מענק EAR-0742363 ל- DLR, מענק EAR-132552 ל- DJP) ואוניברסיטת ביילור (תוכנית פיתוח חוקר צעיר ל- DJP). אנו מודים לשני סוקרים אנונימיים ולעורך הסקירה על משוב שעזר לשפר את הבהירות וההבנה של פרוטוקול זה.

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