معلومة

قاعدة بيانات النطاق الجغرافي للأنواع

قاعدة بيانات النطاق الجغرافي للأنواع


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل توجد قاعدة بيانات للكائنات تحتوي على موقعها الجغرافي الذي يمكن الاستعلام عنه؟

سأحتاج إلى إجراء استعلام بسيط نوعًا ما ، مثلحيوانات ، حيث الموقع عبارة عن منطقة جغرافية محددة جيدًا مثل جمهورية التشيك أو أوروبا.

لقد وجدت حتى الآن قوائم متعددة على ويكيبيديا وصفحات ويب أخرى ، ولكن يبدو أنها غير مكتملة تمامًا لأن تقاطعها صغير جدًا. علاوة على ذلك ، وجدت مجموعات EOL (موسوعة الحياة) لكنها تبدو وكأنها تكافح بنفس الطريقة.


هذا إلى حد كبير مسألة مدى موثوقية البيانات في قاعدة البيانات يجب أن تكون. ستختلف الموثوقية (والمقياس المكاني) بين مجموعات البيانات وبين مجموعات الأنواع ضمن مجموعات البيانات ، ومن الصعب تقديم توصية عامة. أشك في أنك ستجد قاعدة بيانات واحدة ذات تغطية جيدة لجميع المجموعات التصنيفية ، حتى لو كانت في شكل قوائم مرجعية للبلد. للحصول على المعلومات الأكثر موثوقية ، من المحتمل أن تكون قوائم مراجعة الدولة المنسقة لمجموعات تصنيفية محددة هي الأفضل ، ولكن يجب البحث عنها بشكل فردي لكل مجموعة تصنيفية ذات أهمية.

كنقطة بداية ، قد ترغب في إلقاء نظرة على بيانات الحدوث التي يمكن العثور عليها في gbif.org (المرفق العالمي للتنوع البيولوجي). من المؤكد أن البيانات الموجودة هناك ليست كاملة ، وستكون مضللة للعديد من الأنواع. ومع ذلك ، بالنسبة للتوزيع الحالي لمجموعات الأنواع المعروفة نسبيًا ، فسوف يعطيك فكرة جيدة عن توزيعها. هذا يجب أن يتم تقييمه على أساس كل حالة على حدة. يمكنك الوصول إلى البيانات في gbif باستخدام أدوات خارجية ، على سبيل المثال باستخدام R من خلال rgbif (هناك أيضًا أدوات للبيثون أو لغات أخرى). في مدونة recology.info ، يمكنك العثور على برنامج تعليمي حول كيفية الحصول على قائمة الأنواع لبلد معين باستخدام rgbif (وبشكل أكثر تحديدًا الوظيفةالكثافة_قائمة).


يمكن لقاعدة بيانات GBIF التي تم اقتراحها أن تعطيك مواقع الأحداث المحددة لحيوان معين. لكنك طلبت قوائم بالحيوانات في بعض المواقع. تُعد خريطة الحياة أداة ممتازة لإعطاء قائمة بالحيوانات التي تُعطى موقعًا في العالم. انقر فوق "الأنواع حسب الموقع" التي تعطي خريطة للعالم ، وانقر في أي مكان للحصول على قوائم الأنواع التي يمكن أن تحدث هناك.


الموقع الجغرافي وعلم التطور هما المحددان الرئيسيان لحجم النطاق الجغرافي في الخنافس المائية

يعتبر سبب انتشار بعض الأنواع في حين أن البعض الآخر محدودًا جغرافيًا هو أحد الأسئلة الأساسية في علم الأحياء ، على الرغم من أنه لا يزال إلى حد كبير بدون إجابة. هذا هو الحال بشكل خاص بالنسبة لمجموعات الأنواع وثيقة الصلة ، والتي غالبًا ما تظهر اختلافات كبيرة في حجم النطاق الجغرافي على الرغم من مشاركة العديد من العوامل الأخرى بسبب وراثة النشوء والتطور المشتركة. استخدمنا عشرة سلالات من غمدية الأجنحة المائية من غرب Palearctic لاختبار مجموعة واسعة من المحددات المحتملة لحجم النطاق في إطار مقارن: عمر الأنواع ، والاختلافات في التحمل البيئي ، والقدرة على التشتت والموقع الجغرافي.

نتائج

عندما تم الجمع بين جميع العوامل في نماذج انحدار متعددة بين 60-98 ٪ من التباين تم تفسيره من خلال الموقع الجغرافي وإشارة النشوء والتطور. ارتبطت الحدود القصوى لخط العرض والطول بشكل إيجابي مع حجم النطاق ، حيث أظهرت الأنواع الموجودة في معظم خطوط العرض الشمالية وخطوط الطول الشرقية أكبر النطاقات. في السلالات ذات الأنواع اللوتية والعدسية ، يظهر العدس (المشتتات الأفضل) نطاقات توزيع أكبر من الأنواع اللوتية (المشتتات الأسوأ). كان حجم النطاق الجغرافي أيضًا مرتبطًا بشكل إيجابي بمدى المناطق الأحيائية التي توجد فيها الأنواع ، لكننا لم نجد دليلًا على وجود علاقة واضحة بين حجم النطاق وعمر الأنواع.

الاستنتاجات

تظهر النتائج التي توصلنا إليها أن حجم نطاق نوع ما يتشكل من خلال تفاعل العوامل الجغرافية والبيئية ، مع مكون نسبي يؤثر على كليهما. يعتبر فهم العوامل التي تحدد الحجم والموقع الجغرافي لنطاق توزيع الأنواع أمرًا أساسيًا لدراسة أصل وتجميع الكائنات الحية الحالية. تظهر نتائجنا أنه لهذا الغرض ، قد تكون البيانات الأكثر صلة هي تاريخ تطور الأنواع وموقعها الجغرافي.


ما الذي يحدد النطاق الجغرافي للأنواع؟ البيولوجيا الحرارية وعلاقات حجم النطاق في خطوط العرض في خنافس الغوص الأوروبية (غمدية الأجنحة: Dytiscidae)

1. تختلف أحجام النطاق الجغرافي للأنواع الفردية اختلافًا كبيرًا في المدى ، على الرغم من أن العوامل الكامنة وراء هذا التباين لا تزال غير مفهومة جيدًا ، ويمكن أن تشمل عددًا من العمليات البيئية والتطورية. التفسير المفضل لتغير حجم النطاق هو أن هذا ناتج عن الاختلافات في اتساع المجال الأساسي ، مما يشير إلى دور رئيسي لعلم وظائف الأعضاء في تحديد حجم النطاق ، على الرغم من أن الاختبارات التجريبية لهذه الأفكار لا تزال محدودة حتى الآن.

2. نستكشف هنا العلاقات بين علم وظائف الأعضاء الحراري والجغرافيا الحيوية ، مع التحكم في الاختلافات المحتملة في قدرة التشتت والارتباط بالتطور ، عبر 14 متجانسة بيئية متشابهة تختلف في مدى النطاق الجغرافي خنافس الغوص الأوروبية من الجنس Deronectes شارب (غمدية الأجنحة ، Dytiscidae). يتم تحديد التسامح المطلق لدرجات الحرارة العلوية والسفلية وقدرات التأقلم لمجموعات كل نوع ، بعد التأقلم في المختبر.

3. نطاق التسامح الحراري المطلق هو أفضل مؤشر لمدى وموقع النطاق العرضي لكلا النوعين ، ويبدو أن الاختلافات في قدرة التشتت (بناءً على حجم الجناح) أقل أهمية في هذه المجموعة. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط حدود النطاق الشمالية والجنوبية للأنواع بتحملها لدرجات الحرارة المنخفضة والعالية على التوالي. في جميع الحالات ، تعتبر التفاوتات المطلقة في درجات الحرارة ، بدلاً من القدرات التأقلم ، أفضل تنبؤات لمعلمات النطاق ، بينما يشير استخدام التباينات المستقلة إلى أن قدرات التأقلم الحراري للأنواع قد تتعلق أيضًا بالجغرافيا الحيوية ، على الرغم من أن زيادة القدرة على التأقلم لا يبدو أنها مرتبطة بها. زيادة حجم النطاق.

4. دراستنا هي الأولى التي تقدم دعمًا تجريبيًا للعلاقة بين علم وظائف الأعضاء الحراري وتباين حجم النطاق في الأنواع المنتشرة والمقيدة ، والتي أجريت باستخدام نفس التصميم التجريبي ، ضمن إطار نسبي وراثي بيئي.

الملحق S1. مواقع التجميع ، حدود النطاق الجنوبية والشمالية ، نطاقات المدى العرضي (LRE) والنقاط المركزية للمدى العرضي (LRCP) لـ Deronectes دراسة الأنواع.

الملحق S2. كتلة الجسم وحجم الجناح والأداء الحراري Deronectes محيط.

يرجى ملاحظة: كخدمة لمؤلفينا وقرائنا ، توفر هذه المجلة المعلومات الداعمة المقدمة من المؤلفين. يمكن إعادة تنظيم هذه المواد للتسليم عبر الإنترنت ، ولكن لا يتم نسخها أو طباعتها. يجب توجيه مشكلات الدعم الفني الناشئة عن المعلومات الداعمة (بخلاف الملفات المفقودة) إلى المؤلفين.

اسم الملف وصف
JANE_1611_sm_Appendix 2.doc30 كيلوبايت دعم عنصر المعلومات
JANE_1611_sm_Appendix 1.doc28 كيلوبايت دعم عنصر المعلومات

يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.


المواد والأساليب

جمع العينات وصيانتها وإعدادها

الكبار Deronectes تم جمعها خلال ربيع وصيف 2006 (انظر الملحق S1 ، المعلومات الداعمة) لتوحيد أكبر قدر ممكن لموسم الجمع ، وعمل شبكة أحواض D-Framed (شبكة 1 مم ، أبعاد 20 × 25 سم) على طول ضفاف التدفق. درسنا البالغين لأن هذه هي مرحلة تاريخ الحياة لأطول فترة (≥1 سنة) ، تم جمعها بسهولة من الحقل ، بينما اليرقات قصيرة العمر (ج. من شهر إلى شهرين) ، نادرًا ما يتم جمعها بسبب عاداتها الخلالية ، وتكون مستعصية على الحل من الناحية الشكلية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مرحلة البلوغ هي التي تقضي الشتاء وتتحمل فترات الجفاف الدورية (Nilsson & Holmen 1995) ، مما يجعل التحمل الحراري للبالغين أكثر صلة هنا. كان جميع الأفراد الذين تم جمعهم من البالغين في وقت مبكر بعد العام ، مما يقلل من أي آثار مربكة محتملة بسبب اختلاف العمر (Bowler & Terblanche 2008). تم جمع جميع الأنواع في أقرب مكان ممكن من النقطة المركزية لنطاقات خطوط العرض الخاصة بها ، لتجنب الآثار المربكة المحتملة للتكيف المحلي في مجموعات حافة النطاق ، ولضمان أن البيانات قابلة للمقارنة لكل نوع (طومسون) وآخرون. 1999). بالنظر إلى الحدوث المتباين إلى حد كبير للعديد من الأنواع ، والاختلافات في موقع خط العرض لنطاقاتها ، فمن المستحيل أخذ عينات من جميع الأصناف من نفس خط العرض. تم الحصول على بيانات التوزيع الجغرافي للأنواع من Fery & Brancucci (1997) و Fery & Hosseinie (1998). تم حساب نطاقات النطاق العرضي على أنها الفرق (بدرجات خط العرض) بين حدود التوزيع الشمالية والجنوبية (Gaston 1994) ، ونقاط مركزية لمدى خط العرض محددة كنقطة وسط لمدى النطاق العرضي لكل نوع (انظر الملحق S1 ، المعلومات الداعمة) .

بعد الجمع تم نقل الأفراد إلى المختبر في عبوات بلاستيكية (حجم 1 لتر) مليئة بالنباتات المائية الرطبة ، والمحفوظة داخل أكياس معزولة حرارياً (Thermos ® ، Rolling Meadows ، IL ، الولايات المتحدة الأمريكية) لتقليل اختلاف درجات الحرارة في الحاويات. في المختبر ، تم الاحتفاظ بالعينات في مياه البركة الاصطناعية المهواة [APW ، الرقم الهيدروجيني 7 · 5 ، المحمض باستخدام حمض الهيدروكلوريك (ASTM 1980)] ، موزعة بين عدد من الأحواض (المجلد = 5 لتر ، بحد أقصى 20 فردًا لكل حوض مائي) في 12: 12 ساعة نظام L / D ، وتغذية يرقات chironomid بالشهرة الإعلانية. كان الأفراد يتغذون ويتزاوجون في علاجاتنا ، مما يشير إلى أنهم كانوا يعملون بطريقة طبيعية. تم إغلاق Aquaria بغشاء Cling-film ® لتقليل التبخر ومنع الأفراد من الهروب. تم إجراء جميع الأعمال في غرف درجة حرارة ثابتة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر. كان الحد الأقصى لتقلب درجة حرارة الماء بين جميع الأحواض المائية خلال فترة التأقلم هو 0 6 درجة مئوية ، تم قياسه باستخدام مقياس حرارة أقصى حد أدنى (مقياس حرارة جامبو Oregon Scientific © طراز EM899 ± 0 · 1 درجة مئوية Oregon Scientific © ، بورتلاند ، أوريغون ، الولايات المتحدة الأمريكية) . في محاولة لتجنب الآثار المربكة المحتملة للتاريخ الحراري الحديث للأفراد ، تم الاحتفاظ بالعينات في ظل ظروف متطابقة وثابتة في المختبر قبل التجارب (على سبيل المثال Sokolova & Pörtner 2003) ، والتي من المحتمل أن تقلل من تأثيرات التأقلم السابقة على الأفراد. تم تقسيم كل نوع عشوائياً إلى مجموعتين متساويتين ، تأقلمت عند 14.5 أو 20.5 درجة مئوية على التوالي وتم الحفاظ على العينات في المختبر لمدة 7 أيام عند هاتين درجتي الحرارة قبل إجراء التجارب (Hoffmann & Watson 1993 Klok & Chown 2003 Terblanche & تشون 2006). تم اختيار درجات الحرارة ضمن النطاق الذي اختبرته Deronectes البالغون في هذا المجال (D. أثناء التأقلم ، تم تجنب استخدام درجات الحرارة القصوى ، حيث يمكن أن تكون قد تصرفت (على الأقل بالنسبة لأنواع معينة) على أنها ضارة (بيجوس) درجات الحرارة (انظر Pörtner 2002 Woods & Harrison 2002) ، مما يشير إلى أن التأقلم ربما لم يكن مرهقًا ، وفي الواقع لم تحدث وفيات أثناء التأقلم. بعد التأقلم ، تم تصنيف الأفراد من كل مجموعة درجة حرارة تأقلم بشكل عشوائي إلى مجموعتين فرعيتين متساويتين: تستخدم لقياس تحمل الحرارة والبرودة على التوالي للأفراد من كل نوع يتم الاحتفاظ بها عند 14.5 أو 20.5 درجة مئوية.

الحدود الحرارية والقدرة على التكيف Deronectes محيط

لتحديد البيولوجيا الحرارية للأنواع ، استخدمنا الحدود الحرارية المميتة العلوية والسفلية [تم تعريفها على أنها الحد الحراري الأعلى (UTL) والحد الحراري الأدنى (LTL) لاحقًا] ، حيث أثبتت هذه الحدود أنها المقياس الأكثر موثوقية وتكرارًا للتسامح الحراري في خنافس الغوص. تم تفضيل الحدود المميتة بين نقاط النهاية المختلفة التي يمكن تحديدها في تجارب التسامح الحراري ، حيث أظهرت أدنى تباين (انظر Lutterschmidt & Hutchison 1997a، b Calosi وآخرون. 2008أ ) ومع ذلك ، فإن استخدام نقاط النهاية شبه المميتة (مثل الشلل) لم يغير النتائج.

بدأت التجارب في درجة حرارة تأقلم الأفراد من مجموعة فرعية معينة. اعتمدت اختبارات التحمل الحراري على طريقة ديناميكية ، وتم إجراؤها في الهواء بشكل عام ، 24 بئر (القطر = 12 مم ، العمق = 18 مم) ألواح استزراع بلاستيكية (Corning Ltd ، Sunderland ، المملكة المتحدة) ، موضوعة في جهاز تحكم بالكمبيوتر حمام مائي (منحة LTC 6-30) ، يتم تسخينه وتبريده ، عن طريق برنامج تدعيم (± 1 درجة مئوية دقيقة -1) باستخدام برنامج Grant Coolwise Software [Grant Instruments (Cambridge) Ltd ، Herts ، UK]. يمكن أن يؤثر معدل التدرج التجريبي ودرجة حرارة الموازنة على نتائج اختبارات التحمل الحراري (Terblanche وآخرون. تشاون 2007 وآخرون. 2009) ، واختيار معدل تكثيف ذي صلة بيئيًا أمر صعب في حالة نقص البيانات البيئية الشاملة. ونتيجة لذلك ، استخدمنا معدل ارتفاع متطابق ، للسماح بإجراء مقارنات بين الأصناف ، ومع الدراسات السابقة (Lutterschmidt & Hutchison 1997a، b).

تم تقديم الأفراد ، واحد لكل بئر ، بحد أقصى 12 فردًا في وقت واحد ، مع اثنين من المحققين يعملون معًا ، من أجل التحديد الدقيق لحدود التسامح الحراري. تم قياس درجة الحرارة الفعلية داخل كل بئر مباشرةً باستخدام مقياس حرارة رقمي مُعاير (Omega ® HH11 Omega Engineering Inc. ، Stamford ، CT ، الولايات المتحدة الأمريكية) مجهز بمزدوجة حرارية من الأسلاك الدقيقة الدقيقة Omega ® (النوع K - dia./ga. 0 · 010 تفلون). تمت إزالة الأفراد من أحواض التأقلم الخاصة بهم ، وسرعان ما تم تجفيفهم بعناية على ورق ماص ووضعهم في مكان جاف ونظيف. لتجنب الهروب ، تم تغطية لوحات الآبار بأغطية بلاستيكية بين إضافة الأفراد. بمجرد بدء التجربة ، تمت إزالة الغطاء للسماح بالتهوية الكاملة وتجنب تراكم بخار الماء.

تم حساب النطاق الحراري (TR) على أنه الفرق بين متوسط ​​UTL عند 20.5 درجة مئوية و LTL عند 14.5 درجة مئوية ، حيث من المحتمل أن تمثل هذه المقاييس الأكثر واقعية من الناحية البيئية لتحمل الأنواع لدرجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة ( لأنها تتبع درجات حرارة تأقلم عالية ومنخفضة ، على التوالي - انظر كالوسي وآخرون. 2008ب - وبشكل عام ، أظهرت الأنواع تحملًا أعلى للحرارة والبرودة عند التأقلم في درجات الحرارة هذه). تم تقدير قدرات التحمل الحراري العلوية والسفلية (ΔUTL و LTL) على أنها الفرق المطلق بين الحدود الحرارية (لدرجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة على التوالي) المقاسة عند درجتي حرارة التأقلم (Stillman 2003). تشير القيمة الموجبة لـ ΔUTL أو LTL إلى قدرة إيجابية لأحد الأنواع على زيادة متوسط ​​UTL أو متوسط ​​LTL ، بعد التأقلم عند درجة حرارة أعلى أو أقل. بعد التجارب تم وزن الأفراد (حتى ± 0.001 جم) باستخدام ميزان Sartorius 1204 MP2 (Sartorius Ltd ، Epsom ، المملكة المتحدة).

القدرة على التشتت

من الصعب الحصول على تقديرات دقيقة لقدرة التشتت النسبية للأنواع (DA) (انظر Bilton، Freeland & Okamura 2001) ، حيث أن التشتت بحد ذاته سمة ناشئة تتأثر بالعديد من العوامل المورفولوجية والفسيولوجية والبيئية (Rundle، Bilton & Foggo 2007b). للمشتتات الهوائية مثل Deronectes الأنواع ، ومع ذلك ، فإن حجم الجناح هو سمة واضحة تم اقتراح ارتباطها بـ DA النسبي (على سبيل المثال Rundle et al.2007a). من المرجح أن يحدث هذا بشكل خاص في مقارنات بين الأصناف ذات الصلة الوثيقة ، والمماثلة بخلاف ذلك ، واستخدام حجم الجناح كبديل لـ DA النسبي هنا. نستخدم على وجه التحديد نسبة طول الجناح / طول الجسم ، حيث من المحتمل أن يوفر هذا مقياسًا مقارنًا جيدًا لـ DA النسبي لأنواع خنافس الغوص (انظر Rundle وآخرون. 2007أ ): تم أيضًا استكشاف بدائل أخرى محتملة لـ DA (طول الجناح ، مساحة الجناح / نسبة كتلة الجسم) ، وأعطت نفس النتائج التي تم تقديمها هنا. تم أولاً تصوير الأفراد الذين كان من المقرر فحص أجنحتهم سليمة تحت مجهر Leica MZ8 المجسم (× 50 ماج) باستخدام Nikon Coolpix 4500. تمت إزالة الجناح الأيمن من 10 أفراد من كل نوع ، وتم هضمه في 10٪ هيدروكسيد البوتاسيوم لمدة 15 دقيقة لزيادة المرونة ، قبل فتحها وتثبيتها في محلول حمض اللاكتيك (DL-lactic acid 85٪ w / w syrup - Sigma Chemical Co.، St Louis، MO، USA) على شريحة مجهرية. تم فحص الأجنحة المفصولة وتصويرها كما هو موضح أعلاه ، وتم تقدير طول الجناح باستخدام UTHSCA Image Tool الإصدار 3.0. تم قياس طول جسم كل فرد من مقدمة القصبة إلى طرف الإليترا (لتجنب خطأ القياس بسبب تقلص الرأس إلى القصبة) باستخدام نفس النهج المجهري الضوئي.

تحاليل احصائية

اختلفت كتلة أجسام الأنواع اختلافًا كبيرًا فيما بينها Deronectes (F13, 712 = 90·282 ن = 726 ص & lt 0 · 0001) ، وبالتالي تم اعتباره متغيرًا مشتركًا في التحليلات اللاحقة. تراوح عدد الأفراد الذين تمت دراستهم من 26 بوصة Deronectes angusi Fery and Brancucci إلى 92 بوصة اسبانيكوس روزنهاور. لم يتم العثور على ارتباط معنوي بين عدد الأفراد من كل نوع تم فحصه وأي سمة فسيولوجية أو بيئية أو جغرافية بيولوجية (ارتباط بيرسون الأدنى ض12 = 1·148 ص = 0 · 251) ، مما يشير إلى أن الاختلافات بين الأنواع في حجم العينة لم تؤثر على النتائج. يتم إعطاء متوسط ​​كتل الجسم (± SE) وعدد الأفراد الذين تم اختبارهم لكل نوع في الملحق S2 ، المعلومات الداعمة.

تم تحليل الاختلافات في متوسط ​​UTL ومتوسط ​​LTL بين الأنواع لأول مرة بشكل منفصل باستخدام ancova ، بما في ذلك كتلة الجسم كمتغير مشترك ، بينما تم تحليل الاختلافات في متوسط ​​DA بين الأنواع باستخدام ANOVA. لقد بحثنا في العوامل التي تؤثر على التباين في نطاق ومدى خط العرض ، وحدود النطاق الشمالية والجنوبية باستخدام سلسلة من نماذج الانحدار المتعددة. تم استخدام معايير معلومات Akaike (AIC) لاختيار أفضل النماذج المدعومة ، وهو نهج يقلل من المشكلات المرتبطة بالاختبار المتعدد والخطية المشتركة للمتغيرات التوضيحية (Burnham & Anderson 2002). في كل تحليل ، تم بناء النماذج باستخدام جميع مجموعات المتغيرات التجريبية ، وأفضل خمسة نماذج مقدمة في النتائج. تم اختيار أفضل نموذج واحد مدعوم لكل تحليل على أساس أوزان AIC ، المحسوبة لتقييم الاحتمالية النسبية لنموذج ، بالنظر إلى البيانات والنموذج المناسب ، مع تحجيمه إلى واحد (Burnham & Anderson 2002). تم اختيار النموذج باستخدام كل من البيانات الأولية والتباينات المستقلة (Felsenstein 1985) المشتقة من سلالات تستند إلى mtDNA (Ribera وآخرون. 2001 Ribera & Vogler 2004). تم إنتاج التناقضات باستخدام خوارزمية CRUNCH لحزمة برامج CAIC (Purvis & Rambaut 1995) ، وانحدارات درجات التباين المفروضة من خلال الأصل (Garland ، Harvey & Ives 1992).

تم توزيع حدود النطاق الجنوبي للأنواع بشكل طبيعي ، في حين تم تطبيع مدى خط العرض والنقطة المركزية بعد السجل10 تحويل. في حالة حدود النطاق الشمالي ، تم تطبيع البيانات بعد سجل مزدوج10 تحويل. تم تقييم الحالة الطبيعية في جميع الحالات عن طريق اختبار شابيرو-ويلكس ص & GT 0 · 05. تم إجراء جميع التحليلات الإحصائية باستخدام الإصدار 5.1 من JMP IN ® ، باستثناء نماذج الانحدار المتعددة ، والتي تم تشغيلها في R v.2.5.1 (R Development Core Team ، 2007) و SPSS v.15.0.


نشير إلى خوارزمية لـ A ncestral S pecies L Ocations U sing a P hylogenetic T ree

أولاً ، أنشأنا بعض الرموز لتسهيل العرض. ضع في اعتبارك شجرة ثابتة وثنائية لتطور النشوء والتطور مع عدد n من النصائح وبالتالي العقد الداخلية n - 1 المقابلة لأصناف الأسلاف كما هو موضح في الشكل 3. لنفترض أن d (i) هي قيم السمات للعقد الوليدة لعقدة داخلية معينة i ⁠ ، ودع أ (ط) يشير إلى قيمة سمة سلف أنا ⁠. إذا كنت أحدث سلف مشترك (MRCA) لجميع الأصناف ، دع (i) تكون المجموعة الفارغة ∅ ⁠. نلاحظ المجالات R 1 ، ... ، R n عند أطراف الشجرة ونرغب في تقدير قيم الأسلاف وشروط التباين في إطار عملية BM ثنائية المتغير مع مصفوفة التغاير V. لنفترض أن π (x) يكون توزيعًا مسبقًا لموقع MRCA في الشجرة. في القسم التالي ، نقدم خوارزمية MCMC لأخذ العينات من التوزيع الخلفي المشترك لقيمة عقدة الأجداد ومعلمات التباين البراوني V ⁠.

رسم توضيحي للاحتمالات الشرطية الأربعة المختلفة المستخدمة من قبل أخذ عينات MCMC من rase خوارزمية تتبع التدوين في النص الرئيسي. يتم تمثيل الاحتمال الشرطي لـ BM باستخدام النقاط كـ f (•) بينما يتم تمثيل الاحتمال الشرطي الذي يتطلب التكامل على نطاق محدود بـ g (ر | •). في كل لوحة ، يتم تقييم الكثافة الخلفية عند الجد x (مميزة بنقطة سوداء). أ) متى x متصل بفروع داخلية فقط (⁠ s ⁠ و t 1 و t 2 ⁠) وليست MRCA ، ويعتمد توزيعها الشرطي على النقطة المنتظمة BM مع سلفها أ وبنات د1 و د2. ب) متى x متصل بفرعين طرفيين t 1 و t 2 وفرع داخلي واحد s ⁠ ، ويعتمد توزيعه الشرطي على تكامل المجالات المحدودة R 1 و R 2 ⁠ ، و BM العادي مع سلفه أ. ج) متى x متصل بفرعين داخليين s و t 2 وفرع طرفي واحد t 1 ، ويعتمد توزيعه الشرطي على تكامل المجال المحدود R 1 وعملية BM العادية مع د2 و أ. د) متى x هو MRCA ، يعتمد توزيعه المشروط على ما قبله π (x) ، وعملية BM المنتظمة مع د1 و د2.

رسم توضيحي للاحتمالات الشرطية الأربعة المختلفة المستخدمة من قبل أخذ عينات MCMC من rase خوارزمية تتبع التدوين في النص الرئيسي. يتم تمثيل الاحتمال الشرطي لـ BM باستخدام النقاط كـ f (•) بينما يتم تمثيل الاحتمال الشرطي الذي يتطلب التكامل على نطاق محدود بـ g (ر | •). في كل لوحة ، يتم تقييم الكثافة الخلفية عند الجد x (مميزة بنقطة سوداء). أ) متى x متصل بفروع داخلية فقط (⁠ s ⁠ و t 1 و t 2 ⁠) وليست MRCA ، ويعتمد توزيعها الشرطي على النقطة المنتظمة BM مع سلفها أ وبنات د1 و د2. ب) متى x متصل بفرعين طرفيين t 1 و t 2 وفرع داخلي واحد s ⁠ ، ويعتمد توزيعه الشرطي على تكامل المجالات المحدودة R 1 و R 2 ⁠ ، و BM العادي مع سلفه أ. ج) متى x متصل بفرعين داخليين s و t 2 وفرع طرفي واحد t 1 ⁠ ، ويعتمد توزيعه الشرطي على تكامل المجال المحدود R 1 وعملية BM العادية مع د2 و أ. د) متى x هو MRCA ، يعتمد توزيعه المشروط على ما قبله π (x) ، وعملية BM المنتظمة مع د1 و د2.


الملخص

حظيت توزيعات حجم مدى الأنواع باهتمام ضئيل بشكل ملحوظ على عكس توزيعات وفرة الأنواع. ومع ذلك ، فإن الاعتراف بأهمية ظواهر النطاق الإقليمي لهيكل التجمعات المحلية ، وظهور "علم البيئة الكلي" ، قد بدأ في تغيير هذا الوضع. يشير عدد متزايد من الدراسات إلى أن هذه التوزيعات ، بشكل عام ، غير طبيعية تقريبًا ، على الرغم من أن التفسير معقد بسبب مجموعة متنوعة من العوامل. بافتراض أن نمط التوزيع حقيقي ، يمكن النظر إليه من حيث المحددات التطورية والبيئية لحدوث الأنواع ، على الرغم من أن أهميتها النسبية لا تزال غير واضحة. لشكل التوزيع مجموعة متنوعة من النتائج المهمة ، لا سيما بالنسبة لقوائم جرد الحيوانات والنباتات ولأغراض الحفظ.


الاستنتاجات

باستخدام مزيج من علم التشكل ، وعلم الوراثة ، والنمذجة البيئية المناسبة للبيانات الحالية والبيئية القديمة والتجارب الفسيولوجية ، قمنا بإعادة بناء التاريخ التطوري المعقد بشكل مدهش لفرع خنفساء الغوص هذا في غرب البحر الأبيض المتوسط. ال أ. برونوس معقدة متنوعة كاليفورنيا. 0.6-0.25 & # x000a0Ma ، على الأرجح في جنوب شبه الجزيرة الأيبيرية بعد استعمار أ. رامبلا من شمال المغرب. بينما السكان المعزولون (أ. رامبلا في جزر البليار و A. rufulus في كورسيكا وسردينيا) لم يفرق بشكل كبير في التشكل أو البيئة القارية أ. برونوس طور الشكل الأكثر تميزًا داخل المجمع ، بالإضافة إلى تحمل أوسع للموائل الباردة ، وهو أمر يبدو أنه سهل توسيع النطاق.

من توزيع محتمل منخفض خلال LIG ، أ. برونوس و أ. رامبلا يبدو أنها وسعت نطاقاتها خلال العصر الجليدي الأخير (0.03-0.01 & # x000a0Ma) (أ. برونوس إلى منطقة أوسع بكثير) ، والتي تغطي معظم حالات الاحتدام المحتملة لـ LGM في غرب البحر الأبيض المتوسط. ترافق هذا التوسع مع توسع سكاني ، كما تم تحديده من خلال النماذج الديموغرافية. ومع ذلك ، على الرغم من التوزيعات الحالية الأوسع نطاقًا ، لم يحتل كلا النوعين مناطق تتجاوز التوزيع المحتمل لـ LGM باستثناء بعض التجمعات المعزولة من أ. برونوس في فرنسا وانجلترا. في سردينيا وجزر البليار وربما تونس ، أدى الاتصال الثانوي بين أنواع المعقد إلى التقادم ، مع بعض العينات التي تظهر عدم التوافق بين الأنماط الفردية للميتوكوندريا النموذجية أ. برونوس والتسلسل النووي والتشكل النموذجي لـ A. rufulus أو أ. رامبلا على التوالى.

يسلط عملنا الضوء على الديناميكيات المعقدة للانتواع وتوسعات النطاق داخل الملاجئ خلال الدورة الجليدية الأخيرة ، وحقيقة أن الكائنات الحية في جنوب أوروبا ، بالإضافة إلى كونها مصدرًا للمستعمرين للمناطق الجليدية سابقًا في الشمال ، قد شهدت تغيرًا تطوريًا كبيرًا خلال هذه الفترة الزمنية. كما يسلط الضوء على الدور الأساسي ولكن المهمل في كثير من الأحيان لشمال إفريقيا كمصدر للتنوع البيولوجي في أوروبا [70 & # x0201374].


قاعدة بيانات النطاق الجغرافي للأنواع - علم الأحياء

الوحدة الثامنة. البيئة المعيشية

تعيش الكائنات الحية كأعضاء في مجموعات من الأفراد تتواجد معًا في مكان وزمان واحد. سواء كان السكان عبارة عن مجموعة من الطيور أو الحشرات أو النباتات أو البشر ، يمكن لعلماء البيئة دراسة العديد من العناصر الرئيسية للسكان ومعرفة المزيد عنها.

يمكن تعريف مصطلح "السكان" بشكل ضيق أو واسع. تسمح لنا هذه المرونة بالتحدث بعبارات مماثلة عن السكان في العالم ، أو السكان من الطلائعيات في أمعاء النمل الأبيض ، أو مجموعة الغزلان التي تعيش في الغابة. في بعض الأحيان تكون الحدود التي تحدد السكان حادة ، مثل حافة بحيرة جبلية معزولة للتراوت ، وأحيانًا تكون أكثر ضبابية ، مثل عندما يتحرك الغزلان بسهولة ذهابًا وإيابًا بين غابات مفصولة بحقل ذرة.

هناك خمسة جوانب من السكان لها أهمية خاصة: النطاق السكاني ، وهو المنطقة التي يحدث فيها السكان التوزيع السكاني ، وهو نمط التباعد بين الأفراد ضمن حجم السكان هذا النطاق ، وهو عدد الأفراد الذي يحتوي السكان على كثافة سكانية ، والتي هو عدد الأفراد الذين يتشاركون في المنطقة والنمو السكاني ، والذي يصف ما إذا كان عدد السكان ينمو أو يتقلص ، وبأي معدل. سننظر في كل على حدة.

لا توجد مجموعة سكانية ، ولا حتى شخص واحد مكون من البشر ، في جميع الموائل في جميع أنحاء العالم. معظم الأنواع ، في الواقع ، لها نطاقات جغرافية محدودة نسبيًا ، ونطاق بعض الأنواع ضئيل. على سبيل المثال ، تعيش سمكة جرو الشيطان في نبع ماء ساخن واحد في جنوب ولاية نيفادا ، ويُعرف سوكورو متساوي الأرجل من نظام ربيع واحد في نيو مكسيكو. يوضح الشكل 35.4 مجموعة من الأنواع الأخرى التي توجد في مجتمع واحد في موطن معزول. في الطرف الآخر ، يتم توزيع بعض الأنواع على نطاق واسع. تم العثور على الدلفين الشائع (Delphinus delphis) ، على سبيل المثال ، في جميع أنحاء محيطات العالم.

الشكل 35.4. الأنواع التي توجد في مكان واحد فقط.

هذه الأنواع ، والعديد من الأنواع الأخرى ، توجد فقط في مجتمع واحد. جميع الأنواع مهددة بالانقراض ، وإذا حدث أي شيء لموائلها الفردية ، فإن السكان ، والأنواع ، سينقرضون.

يجب أن تتكيف الكائنات الحية مع البيئة التي تحدث فيها. تتكيف الدببة القطبية بشكل رائع لتحمل برد القطب الشمالي ، لكنك لن تجدها في الغابات الاستوائية المطيرة. يمكن لبعض بدائيات النوى أن تعيش في المياه القريبة من الغليان في الينابيع الساخنة في يلوستون ، ولكنها لا تحدث في الجداول الباردة القريبة. لكل مجموعة متطلباتها الخاصة - درجة الحرارة ، والرطوبة ، وأنواع معينة من الطعام ، ومجموعة من العوامل الأخرى - التي تحدد المكان الذي يمكنها العيش والتكاثر فيه وأين لا يمكنها ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، في الأماكن المناسبة بخلاف ذلك ، قد يؤدي وجود الحيوانات المفترسة أو المنافسين أو الطفيليات إلى منع السكان من احتلال منطقة ما ، وهو موضوع سنتناوله لاحقًا في هذا الفصل.

توسعات وتقلصات النطاق

نطاقات السكان ليست ثابتة بل تتغير بمرور الوقت. تحدث هذه التغييرات لسببين. في بعض الحالات ، تتغير البيئة. على سبيل المثال ، مع انحسار الأنهار الجليدية في نهاية العصر الجليدي الأخير ، منذ ما يقرب من 10000 عام ، توسع العديد من مجموعات النباتات والحيوانات في أمريكا الشمالية شمالًا. في الوقت نفسه ، مع ارتفاع درجة حرارة المناخ ، شهدت الأنواع تحولات في الارتفاع الذي يمكن أن تعيش فيه. تكون درجات الحرارة في المرتفعات العالية أكثر برودة منها في الارتفاعات المنخفضة. على سبيل المثال ، يتحول نطاق الأشجار التي تعيش بشكل أفضل في درجات الحرارة الباردة إلى أعلى الجبل عندما ترتفع درجات الحرارة في منطقة ما كما هو موضح في الشكل 35.5.

الشكل 35.5. التحولات الطولية في النطاقات السكانية في جبال جنوب غرب أمريكا الشمالية.

خلال الفترة الجليدية قبل 15000 عام ، كانت الظروف أكثر برودة مما هي عليه الآن. مع ارتفاع درجة حرارة المناخ ، قامت أنواع الأشجار التي تتطلب درجات حرارة أكثر برودة بتحويل مداها إلى أعلى في الارتفاع بحيث تعيش في الظروف المناخية التي تتكيف معها.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للسكان توسيع نطاقاتهم عندما يكونون قادرين على الانتقال من موائل غير مضيافة إلى مناطق مناسبة لم تكن مأهولة من قبل. على سبيل المثال ، ظهرت بلشون الماشية الأصلي في إفريقيا في شمال أمريكا الجنوبية في وقت ما في أواخر القرن التاسع عشر. قطعت هذه الطيور ما يقرب من 2000 ميل عبر المحيط الأطلسي ، ربما بمساعدة الرياح القوية. منذ ذلك الحين ، قاموا بتوسيع نطاقهم بشكل مطرد ويمكن الآن العثور عليه في معظم أنحاء الولايات المتحدة (الشكل 35.6).

الشكل 35.6. توسيع نطاق بلشون البقر.

وصل البلشون ـ الذي سمي بهذا الاسم لأنه يتبع الماشية وغيرها من الحيوانات ذوات الظلف ، حيث يصطاد أي حشرات أو فقاريات صغيرة تزعجهم ـ وصل لأول مرة إلى أمريكا الجنوبية في أواخر القرن التاسع عشر.

منذ ثلاثينيات القرن الماضي ، تم توثيق توسع نطاق هذا النوع جيدًا ، حيث تحرك غربًا وأعلى في معظم أمريكا الشمالية ، وكذلك أسفل الجانب الغربي من جبال الأنديز بالقرب من الطرف الجنوبي لأمريكا الجنوبية.

نتيجة التعلم الرئيسية 35.2. السكان هو مجموعة من الأفراد من نفس النوع الموجودين معًا في منطقة ما. يتغير نطاقها ، المنطقة التي يشغلها السكان ، بمرور الوقت.

إذا كنت مالك حقوق الطبع والنشر لأي مادة واردة على موقعنا وتعتزم إزالتها ، فيرجى الاتصال بمسؤول الموقع للحصول على الموافقة.


مناقشة

أفضل وأسوأ الطرق لإعادة بناء الميدان

تشير النتائج من كل من محاكاة تقلص النطاق والانقراض إلى أنماط التطور الكلي والأنماط البيئية الكلية ، على الأقل في الماضي القريب نسبيًا ، يمكن دراستها بشكل موثوق باستخدام عدد قليل من مواقع حدوث الأحافير. يمكن الحفاظ على تقلص النطاق في كل من المناطق الأحيائية الجافة والرطبة واكتشافه باستخدام مجموعة متنوعة من طرق علم الأحياء القديمة الشائعة الاستخدام. Within the wet biome, we find that great-circle distance and convex-hull methods perform best and give statistically consistent results using only 3+ sites. Latitudinal range also performs well above a threshold of 5+ sites, whereas alpha hull performs relatively poorly, requiring a threshold of 100+ sites.

We find that range contraction is easier to detect in dry biomes than in wet biomes, with three sites sufficient for all four methods. This result at first appears counterintuitive: more preservable area should logically produce a more reliable fossil record, and thus a more reconstructable range. However, when comparing the sizes of the two ranges, the patchiness of the preservable areas in the dry biome may allow for detection of a statistical difference between the larger and smaller range (although this may hold only when fossil “localities” are randomly distributed, as they are here). We make a preliminary attempt to test this hypothesis by sampling 0.5° by 0.5° grid cells from within each of the four ranges shown in Figure 1 (see Supplementary Figs. 6, 7), and comparing mean pairwise distances between the centroids of preservable areas within each grid cell. The results, however, reveal that mean distances are equivalent in both wet and dry biomes (see Supplementary Fig. 8), and thus patchiness in preservable areas may not be driving the observed pattern and some other explanation may be required.

Similar to the range-contraction experiments, our extinction simulations offer justification for many paleoecological and macroevolutionary studies that reconstruct paleo-range sizes and dynamics three of the four studied range-reconstruction methods (maximum great-circle distance, maximum latitudinal range, and convex hull) accurately predicted (>90% of ص-values ≤ 0.05) patterns of species’ survival based on range size using only approximately 10 fossil sites in our high-sensitivity scenario. Although there were substantial differences between the low- and high-sensitivity scenarios, the results suggest site thresholds that could potentially guide future studies. That is to say, to achieve at least 90% accuracy assuming a low-sensitivity threshold, 10+ sites are needed for the convex-hull method, and 50+ sites are needed for maximum latitudinal range and maximum great-circle distance. Alpha hulls performed extremely poorly in both scenarios (see Supplementary Table 3). Although the method can perform well when sites are randomly placed anywhere within the range (e.g., see Supplementary Fig. 1), alpha shapes struggle to resolve real range geometries when clustered within linearly-oriented features such as streams, rivers, and lakes. Increasing the α value for hulls can help to reconstruct more realistic geometries, but the resulting polygons become less concave and thus equivalent to convex-hull methods.

Perhaps counterintuitively, all range-reconstruction methods performed better under the high-sensitivity (

50% extinction) scenario over the low-sensitivity (

90% extinction) scenario. One explanation for this may be a lack of statistical power, creating difficulty in recovering the correct extinction pattern under the low-sensitivity threshold. That is to say, few species “survive” in this scenario, making it difficult for the model to determine correctly the difference in range size between those species that go extinct and those that do not. Alternatively (or in addition), the better method performance in the high-sensitivity scenario may be an inadvertent result of the specific species that straddle the low- and high-sensitivity thresholds. At the low-sensitivity threshold, the methods are attempting to recover the “survival” of western species with ranges centered in more arid regions and the “extinction” of smaller-ranged species with ranges centered primarily in Florida and Louisiana. Given the limited distribution of water bodies (and therefore of preservable area) in the western United States, all methods will consistently underestimate range size of the western-distributed species. Conversely, the preservable parts of each range will more closely approximate the perimeter of species distributed in the wetter southeastern United States, and thus a random placement of sites will more closely reconstruct actual range sizes for these species. In other words, the simulations are trying to recover a result wherein a species prone to range underestimation survives and a species prone to range overestimation goes extinct. Although this arrangement of species and thresholds was entirely inadvertent, it illustrates the difficulty of determining the relative sizes of species’ ranges from fossil locality data if these species are distributed in radically different biomes.

Practical Comparisons with the Terrestrial Fossil Record

The number of localities needed for accurate paleo range-size analyses can be compared directly with the number available for various taxa in the fossil record. Such quantification provides a broad sense for how useful the fossil record is as a spatial, rather than a temporal, data set. Given that our range simulations are most applicable to terrestrial (non-volant) vertebrates, we downloaded all Cenozoic tetrapod (mammals, reptiles, and amphibians) occurrence data from the Paleobiology Database (https://paleobiodb.org details given in Supplementary Material 1). We split occurrences by North American Land Mammal Ages (NALMAs) these time bins range in duration from 226,000 years (Rancholabrean:

0.24–0.014 Ma) to 10.2 Myr (Arikareean: 30.8–20.6 Ma) and are probably among the shortest intervals for which multispecies range-size or biogeographic analyses could be undertaken on continental scales (see, e.g., Fraser et al. Reference Fraser, Hassall, Gorelick and Rybczynski 2014). Because many paleobiogeographic analyses of terrestrial faunas have been performed at the genus rather than the species level (see, e.g., Hadly et al. Reference Hadly, Spaeth and Li 2009), we calculated the number of occurrences for both genera and species. The results (Fig. 6) illustrate the percentage of species and genera within NALMAs preserved at each number of sites treated in our simulations (details for individual NALMAs given in Supplementary Fig. 9).

Figure 6 Percentage of Cenozoic fossil terrestrial tetrapod (mammal, reptile, and amphibian) species (left) and genera (right) discovered in increasing numbers of fossil sites (defined as localities with unique paleolatitude and paleolongitude coordinates) in North America. Boxes illustrate the spread of values for all North American Land Mammal Ages (NALMAs), with mean values superimposed as points (see Supplementary Fig. 6 for details of individual NALMAs). Comparing these values with the trajectory of percentage successful simulations for different range-reconstruction methods shown in Figs. 4 and 5 provides a measure of the utility of the spatial fossil record of tetrapods for analysis of range-size dynamics in deep time.

At the species level, results range from poor coverage (only 10% of species in the Rancholabrean are preserved at 3 sites, decreasing to nearly 0% for 5+ sites) to remarkably good coverage (e.g., 30% of species are preserved at 5 sites and

10% of species are preserved at 20 sites in the Wasatchian). For the vast majority of NALMAs (with the exception of the Monroecreekian and Duchesnian), between 10% and 50% of species are preserved at 3+ sites, a number that our simulations suggest is sufficient for detecting changes in range-size dynamics using great-circle distance and convex-hull methods in either wet or dry biomes. At 10+ sites (the threshold suggested for two of our methods for detecting the correct split of victims and survivors in our extinction experiment), most time bins possess between 1% to 10% of species (and

17% in the Wasatchian), which still represents an encouraging return when 100–300 species are typically recorded in each time bin. Only in the Wasatchian are any species (0.23%) preserved at 100+ sites, rendering alpha hull effectively useless for this type of analysis. The results are even more encouraging at the genus level, with 11 out of 22 NALMAs possessing 30–40% of genera represented at 5+ sites. Cumulatively, these percentages suggest that many hundreds of Cenozoic species may be sufficiently well sampled to examine changes in their distribution and geographic range size and to test a broad swath of macroecological and macroevolutionary questions. Logically, these percentages will only increase if coarser time resolution is allowed (see, e.g., Desantis et al. Reference Desantis, Tracy, Koontz, Roseberry and Velasco 2012 Darroch et al. Reference Darroch, Webb, Longrich and Belmaker 2014), although the macroecological and environmental hypotheses invoked to explain any discovered patterns will also be correspondingly broader.

Caveats and Future Directions

Our methodological framework for these simulations makes a number of assumptions, all of which introduce significant caveats to the conclusions we reach concerning the utility and completeness of the spatial fossil record. One major assumption concerns our random placement of simulated fossil sites within ranges. In reality, fossil sites are aggregated and “patchy” on all scales (Plotnick Reference Plotnick 2017), which may have a significant effect on the accuracy of range reconstruction. The other assumptions we make can be organized loosely into “top-down” (climate and tectonic activity) versus “bottom-up” (necrolysis, biostratinomy, and diagenesis) effects that control the quality of the vertebrate fossil record (Noto Reference Noto 2010). With regard to the former, although we accounted for differential preservation and incompleteness of the fossil record by varying site numbers and by restricting occurrences to preservable areas, our most influential assumption is that the entirety of a species’ range is preserved and able to be interrogated by paleontologists. However, weathering, erosion, tectonism, and isostatic/eustatic sea-level change are responsible for constantly removing or burying large quantities of fossil-bearing sedimentary rocks, such that the exposed rock area for any given geological unit typically decreases as you go further back in Earth history (Raup Reference Raup 1976 note, however, this pattern is likely more apparent for terrestrial than marine sediments, see, e.g., Peters and Heim Reference Peters and Heim 2010). Consequently, it seems likely that the accuracy of many range-size reconstruction methods will covary with the surface expression of fossiliferous sediments through time.

In terms of bottom-up effects, another assumption inherent in these simulations is that all species are equally abundant (and thus equally likely to be found as fossils) and have equivalent taphonomic potentials. With regard to the first point (rarity), the relative abundance of a species may have a huge impact on the likelihood of it being discovered as a fossil. Many authors have argued that the preservation of any one species is potentially subject to an “abundance threshold,” such that rare taxa are less likely to be preserved (and/or subsequently discovered) than common species. Modern mammalian species exhibit a bimodal pattern of rarity, with an overabundance of species in both the rarest and most common categories (Yu and Dobson Reference Yu and Dobson 2000) a large proportion of fossil tetrapod species may therefore be underrepresented in the fossil record.

With regard to the second point (taphonomy), a suite of taphonomic processes favors the preservation of some taxa over others. The most obvious of these is size—the bones of animals under 100 kg tend to weather beyond recognition more rapidly than those of larger animals (Behrensmeyer Reference Behrensmeyer 1978 Janis et al. Reference Janis, Scott and Jacobs 1998 Plotnick et al. Reference Plotnick, Smith and Lyons 2016). Thus, in general, smaller species may require more atypical environmental conditions to be reliably preserved and, correspondingly, may tend to have smaller reconstructed ranges. In addition to overall body size, the robustness of skeletal elements (Behrensmeyer et al. Reference Behrensmeyer, Stayton and Chapman 2003, Reference Behrensmeyer, Fursich, Gastaldo, Kidwell, Kosnik, Kowalewski, Plotnick, Rogers and Alroy 2005), selective scavenging (Bickart Reference Bickart 1984 Livingston Reference Livingston 1989), and ambient environmental energy at the time of deposition (i.e., a lake margin vs. a fast-flowing river Kidwell and Flessa Reference Kidwell and Flessa 1996) are all processes that favor the preservation of some species over others, and almost certainly exert a taphonomic overprint on the reconstructed ranges of terrestrial species. With that said, the USGS Waterbodies Dataset likely represents a minimum estimate for the distribution of preservable area within a species’ range. Although tetrapod remains are most often fossilized in streams, rivers, and lakes, they can also be preserved in paleosols, aeolian sands, and within overbank deposits, none of which are incorporated here. Caves and karsted environments in particular make up a significant fraction of fossil sites in the Quarternary (Jass and George Reference Jass and George 2010 Plotnick et al. Reference Plotnick, Kenig and Scott 2015 although see Noto Reference Noto 2010 for a comprehensive list of preservable terrestrial subenvironments). Our modeled preservable area should thus be seen as conservative, and the accuracy of range-size reconstructions may be considerably better than indicated by our simulations (especially in arid environments).

Another potential problem with reconstructing range sizes from fossil locality data involves the issue of postmortem transport. Many of the aquatic settings that favor fossil preservation are also characterized by ambient currents that can move vertebrate remains. Although estimates of the maximum distance skeletal remains can travel are relatively scarce, experimental work suggests bone material can move more than 10 km over approximately 10 years of continual transport without suffering levels of breakage and abrasion that might prevent them from eventually being identified (Hanson Reference Hanson 1980 Aslan and Behrensmeyer Reference Aslan and Behrensmeyer 1996). As a result, much of the terrestrial fossil record may be, to some extent, spatially averaged. In other words, fossils may have moved significant distances from their point of death, although it is not known whether material is commonly transported entirely outside the original range of the species.

We stress that although our simulations are designed to test whether chosen range-reconstruction methods can accurately capture a “snapshot” of a species’ distribution, the vast majority of the fossil record is not only spatially averaged but also time averaged, such that typical accumulations of bone material likely represent ages spanning 10 1 –10 4 years (e.g., Behrensmeyer et al. Reference Behrensmeyer, Kidwell and Gastaldo 2000). Although this property of the fossil record prevents range dynamics from realistically being investigated on timescales less than 10 5 years, time averaging can become advantageous when testing macroecological hypotheses on larger temporal scales (e.g., Darroch et al. Reference Darroch, Webb, Longrich and Belmaker 2014). The taphonomic processes leading to time averaging filter out short-term variations and high-frequency ecological variability (such as seasonal fluctuations), such that local accumulations of fossils represent long-term habitat conditions (Kowalewski et al. Reference Kowalewski, Goodfriend and Flessa 1998 Olszewski Reference Olszewski 1999 Tomašových and Kidwell Reference Tomašových and Kidwell 2010 Saupe et al. Reference Saupe, Hendricks, Portell, Dowsett, Haywood, Hunter and Lieberman 2014). With further refinement, however, our methodological approach could be modified to reproduce dynamic range shifts over a series of time steps and to combine simulated localities from each step. In this fashion, our method could be used to systematically investigate the effect of time averaging in masking (or highlighting) relative range-size changes over longer timescales.

Finally, we suggest that our simulation approach can be adapted to study range dynamics in marine taxa. The advantages of performing such analyses in the marine realm are: (1) More studies have analyzed paleo-range dynamics in the marine than the terrestrial realm (see, e.g., Payne and Finnegan Reference Payne and Finnegan 2007 Harnik et al. Reference Harnik, Simpson and Payne 2012 Saupe et al. Reference Saupe, Qiao, Hendricks, Portell, Hunter, Soberon and Lieberman 2015), and therefore simulations will have broader applicability and explanatory power. (2) In the marine realm, overall preservation potential will be higher in a greater proportion of the species’ range than it is for terrestrial species. This will likely affect the minimum number of occurrences required to accurately reconstruct ranges but will also remove some of the problems associated with the unusual geometries of terrestrial preservable areas (i.e., for alpha hulls). (3) Although preservation potential differs in marine settings, decades of research (e.g., Kidwell and Bosence Reference Kidwell and Bosence 1991 Kowalewski et al. Reference Kowalewski, Carroll, Casazza, Gupta, Hannis-Dal, Hendy, Krause, Labarbera, Lazo, Messina, Puchalski, Rothfus, Salgeback, Stempien, Terry and Tomašových 2003 Kidwell et al. Reference Kidwell, Best and Kaufman 2005 Kosnik et al. Reference Kosnik, Hua, Kaufman and Wust 2009 Darroch Reference Darroch 2012 Olszewski and Kaufman Reference Olszewski and Kaufman 2015) have worked toward calibrating the taphonomic biases associated with different taxa in many of these settings, potentially allowing taphonomic potential to be traced onto regional-scale maps of the world’s coastlines and ocean floor. (4) The number of occurrences for marine species is typically higher than it is for terrestrial species, and perhaps promises even better news for workers studying macroecological and macroevolutionary patterns in range-size dynamics through deep time.


The Center for Tree Science at the Morton Arboretum provided financial support for the lead author. Funding for various phases of the work was provided by the Smithsonian Institution and the National Science Foundation (US).

الانتماءات

Morton Arboretum, 4100 Illinois Rte. 53, Lisle, 60532, IL, USA

Smithsonian Tropical Research Institute, Panama City, Panama

Salomón Aguilar & Rolando Pérez

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

RC directed plot censuses and inventories, assembled and analyzed the data, and wrote the paper RP and SA did field work identifying and collecting species and supervising plot censuses, and they commented on the manuscript. The author(s) read and approved the final manuscript.

المؤلف المراسل



تعليقات:

  1. Ceard

    )

  2. Dazshura

    نعم ، وهو متغير جيد جدًا

  3. Cheval

    انت على حق تماما. هناك شيء بخصوص ذلك ، وهي فكرة رائعة. انا مستعد لدعمك

  4. Ashvik

    يمكن أن يحدث أي شيء ، ربما سترتفع مدونتك في تصنيف Yandex لمثل هذا المنشور. دعونا نرى.

  5. Taujas

    فكرتك جيدة جدا

  6. Nikki

    وأنا أعتبر أن كنت ارتكاب الخطأ. يمكنني ان ادافع عن هذا المنصب. اكتب لي في PM.

  7. Grahem

    هل يمكن أن تكون هناك أخطاء؟



اكتب رسالة