Omvälvningar i floran och samspelet mellan växter och insekter under guadalupium-lopingium

Projektöversikt

Projektperiod: 2023 - 2026

Medverkande enheter vid museet: Paleobiologi

Trots att samspelet mellan växter och ryggradslösa djur är grundläggande för välfungerande terrestra ekosystem har vi anmärkningsvärt lite kunskap om hur insekter beroende av växter reagerade på jordens stora biotiska kriser. Det fossila arkivet från dessa tidigare kriser i livets historia ger möjliga scenarier för hur landlevande leddjur kommer att reagera på nuvarande klimatförändringar och miljöförstöring.

Eftersom fossil av insekter är ovanliga och i allmänhet begränsade till sällsynta Lagerstätten-avlagringar, är skador på fossila växter (t.ex. bitmärken på blad i kanten eller som hål, gallbildning, bladminor, äggläggningsärr) den bästa och fortfarande relativt outnyttjade källan av data för kartläggning av mångfalden av leddjur på land, deras födostrategier och relationer till sina värdar, över tid och mellan regioner.

Detta projekt kommer att klargöra mönstren för utdöende och återhämtning av växtgrupper och samtida växtätande leddjur över gränsen guadalupium-lopingium (mellersta till övre perm) - en av de mest försummade biotiska kriserna i jordens historia. '

Analyser av diagnostiska spår efter födostrategier och äggläggningsärr gör det möjligt att kartlägga mönster av hur landlevande leddjur nyttjade växter genom denna kris. Studien kommer att använda nya tekniker för röntgen- och fluorescensmikroskopi och unika fossilsammansättningar från polerna till ekvatoriala paleolatituder för att ge fräscha insikter i förändringar i ekosystemen på land under den kritiska tiden som leder fram till massutdöendet vid slutet av perm.

Detta projekt kommer att kartlägga förändringarna i viktiga födostrategier för landlevande leddjur och dokumentera hur växter reagerade på insektsangrepp över evolutionära tidsskalor. Resultaten kommer att belysa utvecklingen av växtätande, parasitism, saprotrofi (nedbrytning av dött organiskt material), och detritivori (ätande av döda växter och djur), samt växternas försvar (gentemot de två förstnämnda) omedelbart före jordens största biotiska kris.

Projektbeskrivning

Denna studie tar med hjälp av olika tekniker upp fem nyckelfrågor relaterade till evolution, utdöende, och interaktioner mellan växter och insekter under de sista 15 miljoner åren av paleozoikum.

Frågeställningar:

Förändrades växternas art- och formrikedom under slutet av Guadalupium?

• Eftersom det fossila arkivet av landlevande växter från denna omvälvande tid är föga studerat kommer projektet att ge viktiga data beträffande förändringar i taxonomisk mångfald och närvaron av olika levnadssätt.

Ger skador efter leddjur på växter informations om insekters mångfald och växtätande genom tiden?

• Eftersom fossil av insekter är sällsynta, är spårfossil på löv och andra växtorgan utan tvekan det bästa sättet att utvärdera mångfalden av födostrategier hos insekter under mellan-sen perm. I vissa fall kan specifika arter kopplas till spåren baserat på diagnostiska skadeärr eller formen på koproliter (fossila fekalier). Projektet kommer att undersöka välbevarade fossila organismsamhällen under det kritiska intervallet på 15 miljoner år från mitten av guadalupium till slutet av perm (267–252 miljoner år sedan). I varje fossilsamhälle kommer mångfalden av skador, hur mycket skador det finns, värdväxter och växternas svar att undersökas, vilket gör det möjligt att bedöma hur växtätares mångfald, och vilka födostrategier, klarade sig över den kritiska händelsen i slutet av guadalupium under upptakten till massutdöendet i slutet av perm.

​Hur reagerade olika komponenter av samhällen på biotiska kriser?

• Permiska tempererade och tropiska skogar dominerades av mycket olika typer av växter (Glossopteridales–Cordaitales i söder och Voltziales–Gigantopteridales i tropikerna). Projektet kommer att studera biotiska associationer kopplade till de dominerande växtgrupperna och bedöma om samhällen kollapsade som en helhet under kriser, eller om leddjur kunde byta till nya värdar när deras värdväxter dog ut.

Kan borrningar i fossilt trä ge oss information om biotiska förändringar i skrådominans?

• Vissa har hävdat att nischen för träborrande leddjur i grunden förändrades i trias: tidiga exempel domineras av oribatidkvalster, och senare i trias dominerar insekter. Däremot har inte fossilt trä från perm analyserats systematiskt tidigare efter skador av leddjur. Projektet kommer att utvärdera vedborrningsstrategier baserade på träslag från överlappande australiska och antarktiska lagerföljder från perm.

Kan permineraliserade lämningar avslöja parasitism/patogener hos vedartade växter?

• Få studier har riktat in sig på vissa livsstrategier för ryggradslösa djur (som t.ex. gallproducenter och svampätare) som är viktiga parasiter och patogener i moderna ekosystem. Preliminära data visar att galler och svamp är vanliga i permiskt förkislat trä i Gondwana. Undersökningar av dessa fossil via tunnslip och tomografi erbjuder potentialen att undersöka ekologin i multitrofa (mellan växt-svamp-leddjur) samspel.

Kan koproliter avslöja nischdiversifiering hos terrestra växtätande leddjur över tid?

• Mikrokoproliter är en underskattad resurs inom paleoekologi. Syra-urlakning av växtrika skikt ger en mängd fossila fekala pellets som kan användas för att identifiera olika födostrategier som inte lätt kan upptäckas från växt- eller insektmakrofossil. Strategier som palynofagi, svampätande, och saprofagi är lätt detekterbara med hjälp av mikrokoproliter, och kvantitativ analys av sådana från mitten till sena perm kommer att mäta den relativa framgången för växtätande generalister kontra specialister.

Finansiering

Vetenskapsrådet projekt 2022-03920 Länk till annan webbplats.

Utvalda Publikationer

• Feng, Z., Sui, Q., Guo, Y. & McLoughlin, S. (2023). Specialized herbivory in fossil leaves reveals multi-evolutionary origins of nyctinasty. Current Biology 33, xxx–xxx. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.12.043 Länk till annan webbplats.}
• Sui, Q., Sheng, Z.-H., Yang, J.-Y., Guo, Y., McLoughlin, S. & Feng, Z. (2023). Two new isoetalean (Lycopsida) megaspore species representing the earliest occurrence of Henrisporites from upper Permian strata of Southwest China. Review of Palaeobotany and Palynology 314, 104894 https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2023.104894 Länk till annan webbplats.
• Peng, J., Slater, S.M., McLoughlin, S. & Vajda, V. (2023). New species of Kuqaia from the Lower Jurassic of Sweden indicates a possible water flea (Crustacea: Branchiopoda) affinity. PLoS ONE 18(6), e0282247. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0282247 Länk till annan webbplats.
• Vajda, V., McLoughlin, S., Slater, S.M., Gustafsson, O. & Rasmusson, A.G., (2023). The ‘seed-fern’ Lepidopteris mass-produced the abnormal pollen Ricciisporites during the end-Triassic biotic crisis. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 627, 111723. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2023.111723 Länk till annan webbplats.
• Slodownik, M., Hill, R.S. & McLoughlin, S. (2023). Komlopteris: A persistent lineage of post-Triassic corystosperms in Gondwana. Review of Palaeobotany and Palynology 317, 104950. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2023.104950 Länk till annan webbplats.