Name: Rekonstrukcja paleoklimatu i paleoekologii lądu za pomocą skamieniałych liści przy użyciu cyfrowej fizjonomii liści i masy liści na obszar (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T13:40:00.000+00:00
Duration: 10 min 14 s
Description: Poznaj metodę cyfrowej fizjonomii liści do rekonstrukcji paleoklimatu i paleoekologii z wykorzystaniem skamieniałych liści. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary cech liści bez konieczności identyfikacji taksonomicznej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

AJL dziękuje studentom studiów licencjackich 2020-2022 Team Leaf na Uniwersytecie Waszyngtońskim za motywację i sugestie dotyczące tworzenia skutecznych materiałów szkoleniowych dla DiLP. AGF, AB, DJP i DLR dziękują wielu studentom Uniwersytetu Wesleyan i Uniwersytetu Baylor, którzy mierzyli współczesne i kopalne liście i których wkład był nieoceniony w modyfikowaniu i aktualizowaniu tego protokołu. Autorzy dziękują Grupie Roboczej ds. Cech Ilościowych PBot i zespołowi PBOT za zachęcanie do prac nad sformalizowaniem tego protokołu, aby uczynić go bardziej dostępnym dla szerszych społeczności. Prace te były wspierane przez National Science Foundation (grant EAR-0742363 dla DLR, grant EAR-132552 dla DJP) oraz Baylor University (Young Investigator Development Program dla DJP). Dziękujemy dwóm anonimowym recenzentom i redaktorowi recenzji za opinie, które pomogły poprawić przejrzystość i kompleksowość tego protokołu.

Digital Leaf Physiognomy for Paleoclimate and Paleoecological Reconstruction

W artykule przedstawiono, w jaki sposób ciągłe cechy fizjonomii liści mogą być mierzone na zdrewniałych liściach okrytozalążkowych dwuliściennych, a następnie stosowane do wskaźników zastępczych opracowanych na podstawie nowoczesnych danych kalibracyjnych w celu rekonstrukcji paleoklimatu i paleoekologii. Wymaga to dołożenia starań, aby dostosować kroki metodologiczne do etapów przedstawionych w zestawach danych kalibracyjnych wskaźników zastępczych 5,6,10. Rozważania te rozpoczynają się przed zastosowaniem tego protokołu podczas zbierania skamieniałych liści, w szczególności w odniesieniu do wielkości próbki. Zaleca się łączenie zbiorowisk skamieniałych liści w jak najwęższym zakresie stratygrafii w celu uzyskania odpowiedniej liczby mierzalnych okazów i morfotypów, aby zminimalizować uśrednianie czasu. Zaleca się również ograniczenie rekonstrukcji paleoklimatu do stanowisk z co najmniej 350 możliwymi do zidentyfikowania okazami i co najmniej 15-20 zdrewniałymi morfotypami okrytozalążkowychdwuliściennych 19,51,52. Ponadto, przy wyborze liści do analiz, zaleca się zmierzenie jak największej liczby liści na morfotyp i co najmniej wybór okazów, które reprezentują zmienność fizjonomii liści w obrębie morfotypu.
Należy zachować dalszą ostrożność podczas wdrażania sekcji przygotowawczych i pomiarowych, aby zachować spójność ze zbiorem danych kalibracyjnych. Kroki wykonywane na etapach przygotowania mają największy potencjał subiektywizmu i zróżnicowanych wyników wśród użytkowników. Jeśli jednak protokół jest przestrzegany z rozmysłem, a tabele dodatkowych rozważań (tabela 2, tabela 3) i dokument z zasadami (plik uzupełniający 3) są często przywoływane, metoda ta prowadzi do obiektywnych i powtarzalnych pomiarów fizjonomii liści. Dla użytkowników, którzy nie znają tej metody, sugeruje się potwierdzenie, że liście zostały prawidłowo przygotowane z kimś, kto ma większe doświadczenie. Szczególną ostrożność należy zachować przy pomiarze szerokości ogonków liściowych w przypadku rekonstrukcji MA . Ponieważ wartości te są podniesione do kwadratu, niedokładność pomiarów stanie się przesadzona. Niepełna konserwacja i uszkodzenie mogą zmienić wymiary ogonków liściowych i należy ich starannie unikać.
Istnieją pewne ograniczenia tych metod, na które warto zwrócić uwagę. Co najważniejsze, rekonstrukcje zastępcze zawarte w pakiecie dilp R dotyczą wyłącznie drzewiastych roślin okrytozalążkowych, a zatem mogą wykluczać inne grupy roślin, które były znaczącymi składnikami starożytnych społeczności. Opublikowano jednak dodatkowe wskaźniki zastępcze na bazie ogonków liściowych dla poziomu gatunku MA dla ogonków liściowych i nagonasiennych szerokolistnych 5,8, zielnych roślin okrytozalążkowych8 i paproci9, które użytkownik może włączyć oddzielnie w razie potrzeby. Wykluczenie znaczących grup roślin w zbiorowiskach poza drzewiastymi dwuliściennymi okrytozalążkowymi ma prawdopodobnie największy wpływ na rekonstrukcję średniej i wariancji MA na poziomie obszaru, ponieważ zapewnią one niekompletną perspektywę strategii ekonomicznych w całej społeczności. Historia filogenetyczna wpływa na występowanie zębów liściowych23, wprowadzając możliwość, że analiza zbiorowisk kopalnych o nowym składzie taksonomicznym może powodować niepewność w uzyskanych szacunkach, chociaż realizacja tego potencjalnego wpływu nie została jeszcze przetestowana i wykazana.
Skamieniałe liście muszą być również odpowiednio zachowane, aby uwzględnić ilościowe pomiary fizjonomii liści poza stanem brzegowym. W przypadku DiLP jest to szczególnie prawdziwe w przypadku liści z całobrzegiem, ponieważ mogą one przekazywać informacje poza stanem marginesu tylko wtedy, gdy cały liść lub połowa liścia jest zachowana lub można go zrekonstruować. Podobnie, liście mogą być włączone do rekonstrukcji MA tylko wtedy, gdy (1) zachowany jest zarówno ogonek liściowy w momencie jego włożenia do blaszki liściowej, albo, w szczególnych przypadkach, jeśli zachowana jest podstawa liścia i najbardziej podstawowa część nerwu środkowego (patrz uwaga w kroku 3.6), oraz (2) jeśli można oszacować rozmiar liścia, albo poprzez pomiar całego liścia, albo rekonstrukcję połowy liścia. Oznacza to, że niektóre morfotypy mogą być całkowicie wykluczone z analiz MA na poziomie lokalizacji. Wreszcie, w przypadku tego protokołu ograniczeniem jest czas, ponieważ jednowymiarowe alternatywy dla rekonstrukcji paleoklimatycznych zajmują stosunkowo mniej czasu.
Pomimo tych ograniczeń, stosowanie metod rekonstrukcji DiLP i MA nadal ma kilka zalet w porównaniu z innymi metodami. Rekonstrukcje M.A są jednym z niewielu sposobów rekonstrukcji strategii ekonomicznych liści w zapisie kopalnym, a zastosowanie dwuwymiarowych pomiarów szerokości ogonków liściowych i powierzchni liści pozwala na wykonanie rekonstrukcji przy użyciu typowych skamieniałości liści wyciskowych/kompresyjnych. W przypadku DiLP włączenie wielu ciągłych pomiarów, które są funkcjonalnie powiązane z klimatem, poprawia odtwarzalność pomiarów i dokładność uzyskanych rekonstrukcji klimatycznych 6,13. Protokół ten ma na celu uwzględnienie niekompletnego charakteru zapisu kopalnego, umożliwiając wykonywanie pomiarów uzębienia liści przy użyciu fragmentów liści. Chociaż ciągłe pomiary powierzchni liści dostarczają więcej informacji na temat wielkości liści, szacunki DiLP MAP mogą być uzupełnione przez te wykorzystujące klasy wielkości liści w celu zwiększenia wielkości próbki16,53 lub poprzez włączenie szacunków skali nerwów powierzchni liści 42,54,55. Podobnie jak w przypadku większości zaangażowanych metod, efektywność czasowa tego protokołu poprawi się, gdy użytkownik stanie się bardziej doświadczony i pewny siebie, szczególnie na etapach przygotowania. Fakt, że pomiary DiLP na poziomie stanowiska zostały wykonane zgodnie z tym protokołem dla >150 współczesnych 6,10,56 i co najmniej 22 dotychczasowych zespołów kopalnych, świadczy o jego wykonalności 6,38,39,40,41,42. Wreszcie, kompleksowe pomiary fizjonomii liści mają zastosowania wykraczające poza te omówione tutaj i mogą być przydatne w opisywaniu innych aspektów ekologii roślin, fizjologii, ewolucji i rozwoju, z zastosowaniem zarówno do współczesnychbadań 56, jak i paleo40.
Podsumowując, zastosowanie metod opisanych w tym artykule pozwala użytkownikowi zrekonstruować paleoklimat i paleoekologię przy użyciu solidnych i powtarzalnych metod. Metody te stanowią ważną okazję do zaprezentowania wcześniejszych przykładów reakcji klimatu i ekosystemów na perturbacje środowiskowe oraz do uzyskania dalszych informacji na temat złożonych interakcji systemów naturalnych Ziemi.

Liście są podstawowymi jednostkami produkcyjnymi, które ułatwiają wymianę energii (np. światła, ciepła) i materii (np. dwutlenku węgla, pary wodnej) między rośliną a otaczającym ją środowiskiem1,2. Aby spełniać te funkcje, liście muszą mechanicznie podtrzymywać własny ciężar wbrew grawitacji w nieruchomym i wietrznym powietrzu 3,4. Ze względu na te nieodłączne powiązania, kilka aspektów rozmiaru, kształtu i uzębienia liści (fizjonomia) odzwierciedla szczegóły ich funkcji i biomechaniki oraz zapewnia wgląd w ich środowisko i ekologię. Wcześniejsze prace pozwoliły określić ilościowo relacje między fizjonomią liści, klimatem i ekologią we współczesnym świecie, aby ustalić wskaźniki zastępcze, które można zastosować do zbiorowisk skamieniałych liści5,6. Te dane zastępcze dają ważne możliwości rekonstrukcji paleoklimatu i paleoekologii oraz przyczyniają się do lepszego zrozumienia złożonych wzajemnych oddziaływań między różnymi systemami planety na przestrzeni jej historii. W tym artykule szczegółowo opisano metody niezbędne do wykorzystania dwóch wskaźników zastępczych: 1) metody rekonstrukcji masy liści na obszar w celu wyjaśnienia paleoekologii oraz 2) cyfrowej fizjonomii liści w celu rekonstrukcji paleoklimatu.
Sucha masa liści na powierzchnię (M A) jest często mierzoną cechą roślin zarówno w neo- jak i paleobotanice. Podstawową wartością MA, szczególnie w przypadku rekonstrukcji skamieniałości, jest to, że jest ona częścią spektrum ekonomii liści, skoordynowanej osi dobrze skorelowanych cech liści, która obejmuje szybkość fotosyntezy liści, długowieczność liści i zawartość składników odżywczych w liściach według masy7. Zdolność do rekonstrukcjiMA ze skamieniałości daje wgląd w te inaczej niedostępne procesy metaboliczne i chemiczne, a ostatecznie może ujawnić przydatne informacje na temat strategii ekologicznej roślin i funkcji ekosystemu.
Royer et al.5 opracowali metodę szacowania MA zdrewniałych, niejednoliściennych (dwuliściennych) skamieniałych liści okrytozalążkowych na podstawie powierzchni blaszki liściowej i szerokości ogonka liściowego. Teoretycznie ogonek liściowy działa jak wspornik, utrzymując ciężar liścia w optymalnej pozycji3,4. Pole przekroju ogonka liściowego, które stanowi najważniejszy składnik wytrzymałości belki, powinno być zatem silnie skorelowane z masą liścia. Upraszczając kształt ogonka liściowego do cylindrycznej rurki, pole przekroju poprzecznego ogonka liściowego można przedstawić za pomocą kwadratu szerokości ogonka, co pozwala na oszacowanie masy liścia na podstawie dwuwymiarowej skamieniałości (więcej szczegółów można znaleźć w Royer et al.5). Powierzchnię liści można mierzyć bezpośrednio. Razem, szerokość ogonka kwadratowa podzielona przez powierzchnię liścia (tj. metryka ogonka; Tabela 1) stanowi dobry wskaźnik zastępczy dla skamieniałości MA i pozwala paleobotanikom wkroczyć w nowoczesną ekologię opartą na cechach. Metody rekonstrukcji MA zostały również rozszerzone na nagonasienne szerokolistne i ogonkowe nagonasienne5,8, zielne okrytozalążkowe 8 i ferns9, które dały relacje różniące się od relacji obserwowanych dla drzewiastych okrytozalążkowych dwuliściennych roślin okrytozalążkowych i między sobą. Rozszerzony zestaw danych drzewiastych dwuliściennych i nowe równania regresji do rekonstrukcji wariancji i średniej MA na poziomie miejsca pozwalają wnioskować o różnorodności strategii ekonomicznych liści i o tym, jakie strategie są najbardziej rozpowszechnione wśród drzewiastych dwuliściennych roślin okrytozalążkowych we florach kopalnych10.
Związek między fizjonomicznymi cechami liści a ich klimatem jest obserwowany od ponad wieku11,12. W szczególności fizjonomia zdrewniałych liści okrytozalążkowych roślin okrytozalążkowych jest silnie skorelowana z temperaturą i wilgotnością13. Ta zależność stała się podstawą dla wielu jednowymiarowych14,15,16,17 i wielowymiarowych6,18,19,20,21,22 Fizjonomiczne wskaźniki zastępcze liści dla paleoklimatu lądowego. Zarówno jednowymiarowe, jak i wielowymiarowe metody paleoklimatyczne fizjonomicznej liści były szeroko stosowane do zdominowanej przez rośliny okrytozalążkowe flory kopalnej na wszystkich kontynentach obejmujących ostatnie ~120 milionów lat historii Ziemi (od kredy do współczesności)23.
Dwie podstawowe obserwacje wykorzystywane w fizjonomicznych wskaźnikach paleoklimatycznych liści to 1) związek między rozmiarem liścia a średnim rocznym opadem (MAP) oraz 2) związek między zębami liści (tj. zewnętrznymi rzutami brzegu liścia) a średnią roczną temperaturą (MAT). W szczególności średni rozmiar liści wszystkich zdrewniałych gatunków okrytozalążkowych okrytozalążkowych na danym stanowisku jest dodatnio skorelowany z MAP, a odsetek zdrewniałych gatunków okrytozalążkowych okrytozalążkowych w miejscu z ząbkowanymi liśćmi, oprócz wielkości i liczby zębów, ujemnie koreluje z MAT6,12,13,14,15,16,24.
Funkcjonalny związek między tymi relacjami między fizjonomią liści a klimatem jest silnie wspierany zarówno przez teorię, jak i obserwację1,2,25. Na przykład, chociaż większe liście zapewniają większą powierzchnię fotosyntetyczną, wymagają większego wsparcia, tracą więcej wody w wyniku transpiracji i zatrzymują więcej ciepła odczuwalnego dzięki grubszej warstwie granicznej 1,26,27. Tak więc większe liście są bardziej powszechne w wilgotniejszym, cieplejszym środowisku, ponieważ utrata wody w wyniku zwiększonej transpiracji skutecznie chłodzi liście i jest mniej problematyczna. Natomiast mniejsze liście w bardziej suchym, gorącym klimacie zmniejszają straty wody i pozwalają uniknąć przegrzania, zwiększając odczuwalne straty ciepła28,29. Szczegóły dotyczące tego, jakie czynniki lub ich kombinacja najsilniej przyczyniają się do wyjaśnienia powiązań funkcjonalnych, pozostają zagadkowe w przypadku innych cech liści. Na przykład, zaproponowano kilka hipotez wyjaśniających związek między zębami liści a MAT, w tym chłodzenie liści, wydajne pakowanie pąków, zwiększone wsparcie i zaopatrzenie cienkich liści, gutacja przez hydatody i zwiększona produktywność na początku sezonu30,31,32,33.
Większość wskaźników paleoklimatycznych fizjonomicznych liści opiera się na kategorycznym podziale cech liści, a nie na ilościowych pomiarach zmiennych ciągłych, co prowadzi do kilku potencjalnych niedociągnięć. Podejście kategoryczne wyklucza włączenie bardziej szczegółowych informacji uzyskanych w wyniku ciągłych pomiarów, które są silnie skorelowane z klimatem (np. liczba zębów, liniowość liści), co może zmniejszyć dokładność szacunków paleoklimatycznych6,20,34. Dodatkowo, w niektórych metodach oceny cech liści, cechy oceniane kategorycznie mogą być niejednoznaczne, co prowadzi do problemów z odtwarzalnością, a niektóre cechy mają ograniczone dowody empiryczne na poparcie ich funkcjonalnego związku z klimatem6,15,16,35,36.
Aby zaradzić tym niedociągnięciom, Huff et al.20 zaproponowali cyfrowy pomiar ciągłych cech liści metodą znaną jako cyfrowa fizjonomia liści (DiLP). Kluczową przewagą DiLP nad poprzednimi metodami jest jego oparcie na cechach, które 1) mogą być wiarygodnie mierzone u wszystkich użytkowników, 2) mają ciągły charakter, 3) są funkcjonalnie powiązane z klimatem oraz 4) wyświetlają plastyczność fenotypową między sezonami wegetacyjnymi6,37. Doprowadziło to do dokładniejszych szacunków MAT i MAP niż poprzednie metody paleoklimatyczne fizjonomicznej liści6. Ponadto metoda ta uwzględnia niedoskonały charakter zapisu kopalnego, dostarczając kroków w celu wyjaśnienia uszkodzonych i niekompletnych liści. Metoda DiLP została z powodzeniem zastosowana do szeregu skamieniałych flor z wielu kontynentów obejmujących szeroki zakres czasu geologicznego6,38,39,40,41,42.
Poniższy protokół jest rozszerzeniem tego opisanego we wcześniejszym work5,6,20,34. Wyjaśnione zostaną procedury niezbędne do rekonstrukcji paleoklimatu i paleoekologii na podstawie zdrewniałych liści okrytozalążkowych roślin okrytozalążkowych przy użyciu metod rekonstrukcji DiLP iM A (patrz Tabela 1 w celu wyjaśnienia zmiennych mierzonych i obliczanych przy użyciu tego protokołu). Ponadto protokół ten zawiera kroki do rejestrowania i obliczania cech liści, które nie są uwzględnione w analizie DiLP lubMA, ale które są łatwe do wdrożenia i zapewniają użyteczne charakterystyki fizjonomii liści (Tabela 1). Protokół ma następujący format: 1) Obrazowanie skamieniałych liści; 2) cyfrowe przygotowanie liści, podzielone na pięć możliwych scenariuszy przygotowania; 3) cyfrowy pomiar liścia, zorganizowany w te same pięć możliwych scenariuszy przygotowania; oraz 4) Analizy DiLP i MA przy użyciu pakietu R dilp10.
Protokół rekonstrukcjiM A jest wbudowany w protokół DiLP, ponieważ oba są wygodne do przygotowania i mierzenia obok siebie. Jeśli użytkownik jest zainteresowany tylko analizamiMA, powinien postępować zgodnie z krokami przygotowania opisanymi w scenariuszu przygotowania DiLP 2, niezależnie od tego, czy brzeg liścia jest ząbkowany, czy nie, oraz krokami pomiarowymi opisującymi tylko szerokość ogonka, powierzchnię ogonka liściowego i powierzchnię liścia. Użytkownik może następnie uruchomić odpowiednie funkcje w pakiecie dilp R, który wykonuje rekonstrukcjeMA.

<table><tbody><tr><td>Stojak na kopie lub statyw</td><td></td><td></td><td>Do fotografii skamieniałości</td></tr><tr><td>Aparat</td><td></td><td></td> cyfrowy <td>Do fotografii skamieniałości preferowany aparat o wysokiej rozdzielczości</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do edycji obrazu&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Do przygotowania cyfrowego. Przykłady obejmują Adobe Photoshop i GIMP, z których ten ostatni jest darmowy (https://www.gimp.org/)</td></tr><tr><td>Oprogramowanie ImageJ</td><td>IJ1.46pr</td><td></td><td>Do wykonywania pomiarów cyfrowych, darmowe oprogramowanie (https://imagej.net/ij/index.html)</td></tr><tr><td>Microsoft Excel</td><td>Microsoft</td><td></td><td>Lub podobne oprogramowanie do wprowadzania danych</td></tr><tr><td>Oprogramowanie R</td><td>fundament</td><td></td><td>Do uruchamiania podanego skryptu języka R (https://www.r-project.org/). R studio oferuje przyjazne dla użytkownika środowisko R (https://posit.co/download/rstudio-desktop/). Oba są bezpłatne.</td></tr><tr>Pakiet <td></td><td></td><td>dilp R</td><td>Można zainstalować zgodnie z instrukcjami tutaj: https://github.com/mjbutrim/dilp</td></tr></tbody></table>

rekonstrukcja paleoklimatu i paleoekologii lądu za pomocą skamieniałych liści przy użyciu cyfrowej fizjonomii liści i masy liści na obszar

Reconstructing Terrestrial Paleoclimate and Paleoecology with Fossil Leaves Using Digital Leaf Physiognomy and Leaf Mass Per Area

Klimat i środowisko silnie wpływają na wielkość, kształt i uzębienie (fizjonomię) liści roślin. Relacje te, szczególnie u zdrewniałych niejednoliściennych roślin okrytozalążkowych, zostały wykorzystane do opracowania opartych na liściach wskaźników zastępczych dla paleoklimatu i paleoekologii, które zostały zastosowane do rekonstrukcji starożytnych ekosystemów lądowych w ciągu ostatnich ~ 120 milionów lat historii Ziemi. Dodatkowo, biorąc pod uwagę, że relacje te zostały udokumentowane u żywych roślin, są one ważne dla zrozumienia aspektów ewolucji roślin i tego, jak rośliny reagują na zmiany klimatyczne i środowiskowe. Aby przeprowadzić tego typu analizy na roślinach nowoczesnych i kopalnych, fizjonomia liści musi być dokładnie zmierzona przy użyciu powtarzalnej metodologii. Protokół ten opisuje komputerową metodę pomiaru i analizy różnych zmiennych fizjonomicznych liści we współczesnych i kopalnych liściach. Metoda ta pozwala na pomiar cech fizjonomicznych liści, w szczególności zmiennych związanych z ząbkowaniem liści, powierzchnią liścia, rozwarstwieniem liścia i liniowością, które są wykorzystywane w cyfrowym proxy fizjonomii liści do rekonstrukcji paleoklimatu, a także szerokości ogonków liściowych i powierzchni liści, które są wykorzystywane do rekonstrukcji masy liści na obszar, paleoekologicznego wskaźnika zastępczego. Ponieważ ta cyfrowa metoda pomiaru cech liści może być stosowana do roślin kopalnych i żywych, nie ogranicza się do zastosowań związanych z rekonstrukcją paleoklimatu i paleoekologii. Może być również używany do badania cech liści, które mogą być pouczające dla zrozumienia funkcji morfologii liści, rozwoju liści, filogenetycznych relacji cech liści i ewolucji roślin.

Prezentowany protokół pokazuje cyfrowy pomiar i analizę ciągłych cech fizjonomicznych liści na skamieniałych liściach w celu rekonstrukcji paleoklimatu i paleoekologii przy użyciu metod rekonstrukcji cyfrowej fizjonomii liści i masy liści na obszar.

Rekonstrukcja paleoklimatu i paleoekologii lądu za pomocą skamieniałych liści przy użyciu cyfrowej fizjonomii liści i masy liści na obszar

Climate and environment strongly influence the size, shape, and toothiness (physiognomy) of plants&#39; leaves. These relationships, particularly in woody ...

Nasze badania koncentrują się na zrozumieniu związku między cechami roślin a klimatem i ekologią we współczesnych roślinach. Następnie, korzystając z tych zależności, możemy opracować proxy lub modele, które możemy wykorzystać do rekonstrukcji klimatu i ekologii w starożytnych zbiorowiskach roślinnych. Ostatnie badania koncentrowały się na zrozumieniu biologicznych, fizjologicznych i ewolucyjnych podstaw związku między cechami roślin a klimatem i ekologią obecnie i w przeszłości.Badania te wykazały, że cechy roślin reagują na klimat i ekologię zarówno w czasie życia pojedynczej rośliny, jak i w czasie ewolucji. Nasze badania wykazały, że pomimo złożonych czynników, które wpływają na cechy roślin, istnieją bardzo silne empiryczne zależności między cechami liści a klimatem i ekologią. Wykorzystaliśmy te zależności do opracowania modeli rekonstrukcji klimatu i ekologii, które były stosowane w różnych sytuacjach w historii Ziemi.Metody te udoskonalają rekonstrukcję paleoklimatu i paleoekologii, aby zapewnić znacznie bardziej wszechstronne zrozumienie ekosystemów i klimatu lądowego i są dostępne tylko dzięki badaniom naszej współczesnej Ziemi. Taka perspektywa ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia, co przyniesie nam przyszłość Ziemi, ponieważ klimat i ekosystemy reagują na wpływ antropogeniczny. Jest to podejście oparte na fizjonomii liści, co oznacza, że nie wymaga dokładnej identyfikacji taksonomicznej.Ponadto DiLP wykorzystuje cyfrowe pomiary ciągłych cech liści, a nie jakościowych i kategorycznych, co pozwala na większą odtwarzalność, a te cechy liści mają funkcjonalny związek z klimatem. Na początek umieść skamielinę liścia pod kamerą i upewnij się, że leży tak płasko, jak to możliwe. Sfotografuj skamieniały liść i odpowiednio oznacz plik obrazu.Następnie otwórz obraz liścia zęba, którego obszar jest zachowany lub można go zrekonstruować w oprogramowaniu do przetwarzania obrazu i w razie potrzeby przytnij obraz. Wybierz obraz, a następnie płótno, aby zwiększyć szerokość obszaru roboczego. Dodaj nową kanwę po prawej lub lewej stronie bieżącej kanwy.Teraz zdecyduj o metodzie przygotowania liścia, określając, czy do pomiarów powierzchni i kształtu użyć całego liścia, czy połowy liścia. Za pomocą narzędzia lasso obrysuj brzeg liścia, w tym ogonek liściowy, jeśli jest obecny. Skopiuj i wklej wybraną część liścia na otwartym obszarze płótna, tworząc dwie kopie, jedną oryginalną i jedną zapasową, do której można wrócić w razie potrzeby.Wizualnie podążaj za brzegiem liścia do punktu, w którym styka się z ogonkiem, często ciemniejszym i bez charakterystycznych żyłek. Umieść tam punkt lassa i powtórz dla drugiej połowy. Owiń cały ogonek, aby zakończyć wybór.Następnie wytnij i wklej ogonek. Skopiuj i wklej izolowany liść z usuniętym ogonkiem liściowym i umieść go w otwartej przestrzeni płótna. Za pomocą narzędzia lasso przytnij nadmiar materiału liściowego, aby upewnić się, że pozostała cała połowa liścia na przygotowania lub pozostaw cały liść nienaruszony, jeśli przygotowujesz pełny liść.Za pomocą linii lub pędzla napraw wszelkie uszkodzone obszary wzdłuż brzegu liścia linią o odpowiednim kolorze i grubości. Aby zmierzyć zęby liścia, skopiuj liść i umieść go na otwartej przestrzeni na płótnie. Użyj narzędzia lasso, aby usunąć obszar przylegający do uszkodzonych części marginesu.Rozpocznij zaznaczanie w punkcie wzdłuż brzegu, który ogranicza uszkodzoną część i narysuj linię prostą do głównej żyły prostopadłej do niej. Selekcję należy rozpocząć od zachowanej zatoki zęba mlecznego znajdującej się najbliżej uszkodzenia. Kontynuuj selekcję wzdłuż żyły głównej, aż zrówna się z drugą granicą uszkodzonego brzegu.Następnie narysuj linię prostą prostopadłą do żyły głównej do brzegu. Usuń uszkodzoną część liścia i powtórz proces dla wszystkich uszkodzonych części. Skopiuj i wklej wersję liścia przygotowaną do wymiarów zębów i umieść ją w otwartej przestrzeni płótna.Użyj narzędzia lasso, aby usunąć zęby z liścia. Zacznij od wierzchołka liścia, jednego z końcówek płata lub czubka fragmentu liścia i wybierz każdą zatokę zęba mlecznego wzdłuż liścia, płata lub fragmentu. Po wybraniu zatoki wierzchołkowej najbardziej podstawowego zęba, zastosuj regułę przedłużenia, aby wyciąć ostatni ząb z sekwencji.Usuń zęby, wycinając je i wklejając obok blaszki liściowej, upewniając się, że usunięte zęby nie dotykają oryginalnego ostrza. Aby rozpocząć, otwórz oprogramowanie ImageJ i ustaw parametry dla pomiarów automatycznych. Przejdź do sekcji Analizuj i wybierz ustawione pomiary.Następnie wybierz opcje obszaru, obwodu i średnicy Fereta. Teraz otwórz przygotowany obraz skamieniałego liścia, wybierając plik i otwórz. Użyj narzędzia Linia prosta, aby powiększyć pasek skali i narysować na nim najdłuższą możliwą linię prostą.Aby ustawić skalę obrazu, kliknij przycisk Analizuj i ustaw skalę. Wprowadź zmierzoną długość podziałki liniowej w centymetrach i kliknij przycisk OK. W arkuszu kalkulacyjnym wprowadzania danych oznacz liść jako 0 dla zęba lub 1 dla całego.Zmierz również szerokość ogonka liściowego, jeśli jest dostępna, i zapisz dane w arkuszu kalkulacyjnym wprowadzania danych. Następnie wybierz obraz. Wpisz ośmiobitową wartość, aby przekonwertować obraz liścia na czarno-biały.Przejdź do regulacji obrazu i progu. Aby rozpocząć, progowanie obrazu. Za pomocą suwaka dostosuj próg, aż wnętrze skrzydła zmieni kolor na czerwony i będzie wyraźnie oddzielone od tła.Powiększ sekcje marginesu, aby zapewnić dokładność. Aby zmierzyć liść przygotowany do pomiaru powierzchni i kształtu liścia z usuniętym ogonkiem, użyj jednego narzędzia i kliknij wnętrze liścia, aby obrysować go na żółto, upewniając się, że kontur prawidłowo odzwierciedla kształt liścia. Wykonuj pomiary za pomocą funkcji Analizuj i mierz lub za pomocą wyznaczonego skrótu klawiaturowego i zapisuj dane w arkuszu kalkulacyjnym.W przypadku analizy połowy liścia wybierz narzędzie linii segmentowej w narzędziu linii i prześledź całą długość sztucznego obwodu środkowego. Następnie kliknij przycisk Analizuj i zmierz lub użyj skrótu, aby zmierzyć długość sztucznego środkowego obwodu. Zapisz obszar, obwód, Feret, minimalny Feret i długość sztucznego środkowego obwodu.Aby dostosować wymiary dla połowy liścia w arkuszu kalkulacyjnym wprowadzania danych, pomnóż powierzchnię i minimalną wartość Feret przez dwa. I oblicz obwód ostrza, korzystając z podanego wzoru. Zmierz powierzchnię wyciętego ogonka liściowego, jeśli jest obecna, i zapisz jego powierzchnię.Aby zmierzyć surowe ostrze, użyj jednego narzędzia, aby wybrać wnętrze ostrza obrysowane na żółto. Kontynuuj pomiary, klikając przycisk Analizuj i mierz lub używając skrótu klawiaturowego. W arkuszu kalkulacyjnym wprowadzania danych zapisz obszar i obwód surowych ostrzy w wyznaczonych polach.Aby zmierzyć wewnętrzne surowe ostrze, wybierz wnętrze ostrza i obrysuj całe skrzydło na żółto. Pomiary można wykonywać, klikając przycisk Analizuj i mierz lub używając skrótu. Zapisz obszar i obwód wewnętrznego surowego bloku w arkuszu kalkulacyjnym wprowadzania danych w odpowiednich polach.Wyczyść próg, aby wyraźnie zobaczyć liść, klikając przycisk resetuj w polu progu lub używając opcji edytuj i cofnij, aby usunąć modyfikacje, takie jak konwersja czarno-biała. Następnie użyj narzędzia Linia segmentowa, aby prześledzić całą długość obwodu cięcia. Zmierz prześledzony obwód, klikając przycisk Analizuj i zmierz lub używając skrótu.Aby policzyć liczbę zębów mlecznych, najpierw kliknij prawym przyciskiem myszy narzędzie punkt, aby wybrać narzędzie z wieloma punktami. Kliknij na każdy ząb mleczny, aby go ponumerować. Aby usunąć omyłkowo zaznaczony punkt, naciśnij Alt lub polecenie, CMD lub Option podczas klikania punktu.Zapisz ostateczną liczbę pod zębami mlecznymi w arkuszu kalkulacyjnym wprowadzania danych. Kliknij przycisk edytuj, zaznacz i nie zaznaczaj braku, aby wyczyścić liczbę narzędzi wielopunktowych i adnotacje. Następnie, aby policzyć całkowitą liczbę zębów, kliknij prawym przyciskiem myszy narzędzie punktowe i wybierz narzędzie wielopunktowe.Kliknij każdy ząb, w tym główny i pomocniczy, aby go ponumerować. Zarówno strona McAbee H1, jak i H2 wykazywała fizjonomię liści, która dobrze pasuje do zakresu zestawu danych kalibracyjnych, co wskazuje na wiarygodność w uzyskanych szacunkach paleoklimatycznych. Zrekonstruowana średnia roczna temperatura i średnie roczne opady dla McAbee H1 i H2 sugerowały umiarkowany biom sezonowy.

reconstructing-terrestrial-paleoclimate-paleoecology-with-fossil

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Odkrycie, w jaki sposób fizjologia i morfologia są ze sobą powiązane, pozwala na głębsze zrozumienie mechanistycznego funkcjonowania liści roślin. Przedstawiono zarówno procedurę wyprowadzania parametrów regulacji aparatów szparkowych na podstawie pomiarów przewodności aparatów szparkowych, jak i korelacje z tradycyjnymi funkcjonalnymi cechami liści.

Powiązanie przewodnictwa aparatów szparkowych z cechami funkcjonalnymi liści

Dokładne oszacowanie wskaźnika powierzchni liści (LAI) jest kluczowe dla wielu modeli przepływów materiałów i energii w ekosystemach roślinnych oraz między ekosystemem a atmosferyczną warstwą graniczną. W związku z tym w przedstawionym protokole znalazły się trzy metody (pułapki na śmieci, technika igłowa i PCA) wykonywania precyzyjnych pomiarów LAI.

Szacowanie wskaźnika powierzchni liści przy użyciu trzech różnych metod w drzewostanach czystych liściastych

Opisujemy, jak określić ilościowo stawonogi żyjące w liściach, zamykając liście i końce gałęzi w torbie, przycinając i zamrażając materiał w worku, a następnie płucząc wcześniej zamrożony materiał w wodzie, aby oddzielić stawonogi od podłoża w celu ilościowego określenia.

Metoda ilościowego oznaczania stawonogów żyjących w liściach

Ten manuskrypt opisuje, jak tempo metabolizmu herbicydów może być skutecznie określone ilościowo za pomocą wyciętych liści z chwastów dwuliściennych, zmniejszając w ten sposób zmienność i usuwając wszelkie możliwe zakłócające efekty pobierania lub translokacji herbicydów, zwykle obserwowane w testach na całej roślinie.

Pomiar tempa metabolizmu herbicydów w chwastach dwuskrzydłowych za pomocą testu wyciętych liści

Ocena obfitości stawonogów w uprawach jest kluczowa dla badania dynamiki populacji i interakcji między gatunkami. Tutaj opisujemy modyfikację i zastosowanie dmuchawy do liści do odkurzania do pobierania próbek stawonogów w ryżu.

Modyfikacja i zastosowanie dmuchawy do liści do pobierania próbek stawonogów w terenie

Zielenienie cytrusów jest szczególnie destrukcyjną chorobą atakującą uprawy cytrusów na całym świecie. Przedstawiono prostą metodę wykorzystującą PCR i ekstrakcję genomowego DNA tkanki liści cytrusów w celu dokładnej i precyzyjnej identyfikacji patogenu zielenienia cytrusów, Candidatus liberibacter spp.

Specyficzne i dokładne wykrywanie patogenu zazieleniania cytrusów Candidatus liberibacter spp. za pomocą konwencjonalnego PCR na próbkach tkanek liści cytrusów

Pąkla Balanus (Amphibalanus) improvisus jest modelem do badania osmoregulacji i przeciwporostowości. Jednak naturalne tarło sezonowe daje nieprzewidywalną podaż larw karpiowatych. W tym miejscu opisano protokół całorocznej hodowli B. improvisus, w tym produkcji larw. Zilustrowano zastosowanie hodowlanych pąkli w badaniach ekspresji genów.

Barnacle Balanus improvisus jako model morski - hodowla i ekspresja genów

Metoda czyszczenia ultradźwiękowego została zastosowana do usunięcia cząstek stałych (PM) zatrzymanych na powierzchni liści po tym, jak PM zostało usunięte za pomocą konwencjonalnych metod czyszczenia (czyszczenie tylko wodą lub czyszczenie wodą plus czyszczenie szczotką). Metodologia ta może przyczynić się do poprawy dokładności szacowania zdolności liści do zatrzymywania cząstek stałych.

Ocena zdolności liści drzew do usuwania cząstek stałych

Oparty na oprogramowaniu system analizy obrazów stanowi alternatywną metodę badania morfologii gatunków rozłogowych i kłączowych. Protokół ten umożliwia pomiar długości i średnicy rozłogów i kłączy i może być stosowany do próbek z dużą ilością biomasy i do wielu różnych gatunków.

Pomiar rozłogów i kłączy traw darniowych za pomocą cyfrowego systemu analizy obrazu

Tutaj prezentujemy protokół sekwencyjnej celowanej kwantyfikacji i nieukierunkowanej analizy związków fluorowanych w wodzie za pomocą spektrometrii mas. Metodologia ta zapewnia ilościowe poziomy znanych związków fluorochemicznych i identyfikuje nieznane substancje chemiczne w powiązanych próbkach wraz z półilościowymi oszacowaniami ich obfitości.

Identyfikacja per- i polifluorowanych związków chemicznych za pomocą połączonego przepływu pracy spektrometrii mas o wysokiej rozdzielczości z ukierunkowanymi i nieukierunkowanymi badaniami przesiewowymi

Poznaj metodę cyfrowej fizjonomii liści do rekonstrukcji paleoklimatu i paleoekologii z wykorzystaniem skamieniałych liści. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary cech liści bez konieczności identyfikacji taksonomicznej.

Rekonstrukcja paleoklimatu i paleoekologii lądu za pomocą skamieniałych liści przy użyciu cyfrowej fizjonomii liści i masy liści na obszar (Wideo) | JoVE Journal

Rekonstrukcja paleoklimatu i paleoekologii lądu za pomocą skamieniałych liści przy użyciu cyfrowej fizjonomii liści i masy liści na obszar

Przeglądaj więcej filmów