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

• Agnihotri, D., Srivastava, A. & McLoughlin, S. (2025). Satpuraphyllum furcatum—a new genus and species of Peltaspermales foliage from the mid-Permian Barakar Formation of India. Alcheringa 49, 40–50. https://doi.org/10.1080/03115518.2024.2415097 Länk till annan webbplats.
• Coiro, M., McLoughlin, S., Steinthorsdottir, M., Vajda, V., Fabrikant, D. & Seyfullah, L.J., (2024). Parallel evolution of angiosperm-like venation in Peltaspermales: a reinvestigation of Furcula. New Phytologist 242, 2845–2856. https://doi.org/10.1111/nph.19726 Länk till annan webbplats.
• 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.
• Fielding, C.R., Bryan, S.E., Crowley, J.L., Frank, T.D., Hren, M.T., Mays, C., McLoughlin, S., Shen, J., Wagner, P.J., Winguth, A., Winguth, C., 2023. A multidisciplinary approach to resolving the end-Guadalupian extinction. Evolving Earth 1, 100014. https://doi.org/10.1016/j.eve.2023.100014 Länk till annan webbplats.
• Fielding, C.R., McLoughlin, S., Mays, C., Tevyaw, A.P., Frank, T.D., (2025). Fluvial architectural style and stacking patterns in a high-accommodation coal-bearing succession: the upper Permian Newcastle Coal Measures, eastern Australia. International Journal of Coal Geology 307, 104829 https://doi.org/10.1016/j.coal.2025.104829 Länk till annan webbplats.
• McLoughlin, S. & Nagalingum, N.S., (2025). Seedless Land Plants: Fossil Record, Evolution and Diversification. Encyclopedia of Evolutionary Biology, 2nd Edition. Reference Module in Life Sciences. Elsevier, Amsterdam. 22 pp. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-15750-9.00055-0 Länk till annan webbplats.
• McLoughlin, S. & Santos, A.A., (2024). Excavating the fossil record for evidence of leaf-mining. New Phytologist 242, 2391–2393. https://doi.org/10.1111/nph.19652 Länk till annan webbplats.
• McLoughlin, S., Prevec, R., Cariglino, B. & Philippe, M., (2024). Revision of Halle’s Permian plant fossils from the Falkland (Malvinas) Islands. Palaeontologia Africana 58, 53–93. https://hdl.handle.net/10539/43014 Länk till annan webbplats.
• McLoughlin, S., Santos, A.A., Donaldson, S., Pott, C., and McCurry, M., (2024). Termite activity in the mid-Cretaceous of Australia. Palaeontologia Electronica, 27(3):a48. https://doi.org/10.26879/1420 Länk till annan webbplats.
• McLoughlin, S., Shevchuk, O.A., Windell, M.M. and Slater, B.J., (2024). Evidence for saprotrophic digestion of glossopterid pollen from Permian silicified peats of Antarctica. Grana 63, 3–15. https://doi.org/10.1080/00173134.2024.2312610 Länk till annan webbplats.
• Molina-Solís, A., Cleal, C.J., Santos, A.A., McLoughlin, S., Diez, J.B., Cascales-Miñana, B., (2026). Resource partitioning and modernization of arthropod feeding strategies on Pennsylvanian medullosalean foliage from the Nord-Pas-de-Calais Coalfield, France. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 685, 113517. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.113517 Länk till annan webbplats.
• Santos, A.A., Dunlop, J.A., Hernández-Orúe, A., McLoughlin, S., Diez, J.B. & Selden, P.A., (2026). Trigonotarbids “hidden” in plant debris from a Late Pennsylvanian tropical forest at El Bierzo, Castilla y León Spain. PalZ 99, 567 – 580. https://doi.org/10.1007/s12542-025-00745-w Länk till annan webbplats.
• Santos, A.A., Hernández-Orúe, A., Peñalver, E., McLoughlin, S., Diez, J.B. & Nel, A., (2025). First Iberian aspidothoracid megasecopteran insect and associated plants evidencing herbivory in a tropical Carboniferous forest from León, Spain. Acta Palaeontologia Polonica 70 (1), 2025: 115–124 doi:10.4202/app.01203.2024
• Santos, A.A., McLoughlin, S. & Nel, A., (2025). A new representative of the roachoid family Necymylacridae (stem group Dictyoptera) and associated vegetation with insect interactions from the Shanxi Formation (lower Permian), China. Palaeoworld 34, 200991. https://doi.org/10.1016/j.palwor.2025.200991 Länk till annan webbplats.
• Santos, A.A., McLoughlin, S., Mottequin, B., Robin, N. & Nel, A., (2025). Old collections, new taxa: late Carboniferous (Moscovian) roachoids (stem group Dictyoptera) among plants with insect interactions from the Benxi Formation, China, stored in European museums. Palaeoentomology 47–72. https://doi.org/10.11646/palaeoentomology.8.1.7 Länk till annan webbplats.
• Santos, A.A., McLoughlin, S., Villanueva-Amadoz, U., Rubalcaba-Knoth, M., Hernández-Damian, A.L., Sergio Cevallos-Ferriz, S., (2024). Plant-insect interactions in the mid-Cretaceous paleotropical El Chango Lagerstätte (Cintalapa Fm., Mexico)—patterns of herbivory during the Angiosperm Terrestrial Revolution. Frontiers in Ecology and Evolution 12, 1381539. https://doi.org/10.3389/fevo.2024.1381539 Länk till annan webbplats.
• Santos, A.A., Rodríguez-Barreiro I., McLoughlin, S., Pons, D., Valenzuela-Ríos, J.I., Diez, J.B., (2024). Plant colonization of isolated palaeoecosystems: palynology of a Middle Jurassic extinct volcanic island (Camarena, eastern Spain). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 639, 112081. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112081 Länk till annan webbplats.
• Santos, A.A., Wappler, T. & McLoughlin, S., (2024). Earliest evidence of granivory from China (Shanxi Formation) points to seeds as a food source and nursing habitat for insects in the earliest Permian humid tropical forests of Cathaysia. Plos One 19(10): e0311737. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0311737 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.
• Turner, H.-A., McLoughlin, S. & Mays, C., (2024). Comprehensive survey of Early to Middle Triassic Gondwanan floras reveals under-representation of plant–arthropod interactions. Frontiers in Ecology and Evolution 12, 1419254. https://doi.org/10.3389/fevo.2024.1419254 Länk till annan webbplats.
• Vajda, V. & McLoughlin, S., (2025). Devon till perm – från skog till öken. In Sveriges geologi: en res i tid och rum. Vajda, V. & Wohlfarth, B. (eds), Daidalos, Gothenburg, pp. 350–371.
• 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.
• Xu, Y., Wang, Y., Li, L., Lu, N., Zhu, Y., Huang, Z. & McLoughlin, S., (2024). Plant-insect interactions across the Triassic–Jurassic boundary in the Sichuan Basin, South China. Frontiers in Ecology and Evolution 11, 1338865. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1338865 Länk till annan webbplats.
• Zhan, H.-X., Sui, Q., Wu, H., Lu, W.-Y., Chen, J., McLoughlin, S., Zhuo Feng, Z., (2025). Tenellisporites capillaris sp. nov., a new dispersed lycopsid megaspore from the Middle Triassic Badong Formation, Hunan Province, China. Review of Palaeobotany and Palynology XX, 105384. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2025.105384 Länk till annan webbplats.