Patterns of diet and body mass of large ungulates from the Pleistocene of Western Europe, and their relation to vegetation

Juha Saarinen, Jussi Eronen, Mikael Fortelius, Heikki Seppä, and Adrian M. Lister

Plain Language Abstract

We analysed diets based on tooth wear shapes and body size based on limb bone measures of fossilised large herbivorous hoofed mammals (ungulates) from fossil localities of Britain and Germany, ca. 700 000 years ago to present. Our aim was to compare the dietary and body size information of the mammals with vegetation patterns of the localities. The vegetation patterns were analysed from pollen associated with the fossil mammal assemblages. We found that tooth wear -based signals of diet abrasiveness (so called mesowear values) are in general higher in localities with open vegetation for most of the species, which indicates that the ungulates changed their diet depending on available food resources. Individual body sizes of ungulate species with relatively small group sizes in closed environments today (e.g., red deer) tend to have been larger in open environments in the past. Some social species (e.g., bison and horse) show an opposite body size pattern: they tend to be on average smaller in open environments. A possible explanation for these findings is that available food resources and population density are contibuting factors in determining the fine-scale variations in body size of ungulate species.

Resumen en Español

Patrones de la dieta y la masa corporal de los grandes ungulados del Pleistoceno de Europa Occidental, y su relación con la vegetación

La dieta de los ungulados puede variar dependiendo de las diferencias en la vegetación, y sus tamaños corporales se ven afectados por un conjunto complejo de variables ecológicas y fisiológicas. Se analizan las paleocomunidades de ungulados británicas y alemanas del Pleistoceno Medio y Tardío para comprobar si existen correlaciones significativas de la dieta y el tamaño corporal de las especies de ungulados con la apertura de la vegetación. También evaluamos el papel de las interacciones interespecíficas en la masa corporal y la dieta de las especies de ungulados. Utilizamos el análisis de mesodesgaste dental para los análisis de la dieta y ecuaciones de regresión para estimar la masa corporal a partir de las medidas del esqueleto. Los resultados muestran una correlación entre el mesodesgaste en los ungulados y los porcentajes de polen no arbóreo de las localidades, pero hay marcadas diferencias entre las especies. Las masas corporales de los rinocerontes (Rhinocerotidae) y ciervos (Cervidae) son en promedio más altas en entornos abiertos, mientras que el uro (Bos primigenius) no muestra una clara relación del tamaño del cuerpo con las condiciones de la vegetación, y el bisonte (Bison spp.) y los caballos salvajes (Equus ferus) tienen en promedio un menor tamaño medio en los ecosistemas más abiertos, posiblemente debido a las altas densidades de población y la concomitante limitación de recursos. Es evidente que no es simple la correlación del tamaño corporal y la apertura de vegetación y es probable que refleje los diversos efectos de la densidad de población, adaptaciones ecológicas y las condiciones ambientales sobre el tamaño del cuerpo de diferentes especies.

Palabras clave: mesodesgaste; masa corporal; comunidades de ungulados; apertura de vegetación; Pleistoceno

Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)

Résumé en Français

Régimes alimentaires et masses corporelles des grands ongulés du Pléistocène de l'Europe occidentale : structure et relations avec la végétation

Les régimes alimentaires des ongulés varient d'après les différences de végétation, et leur taille corporelle est influencée par un ensemble complexe de variables écologiques et physiologiques. Dans cet article, nous analysons les paléocommunautés d'ongulés de Grande-Bretagne et d'Allemagne au Pléistocène moyen et récent, afin de tester s'il y a des corrélations significatives du régime alimentaire et de la taille corporelle avec le degré d'ouverture de la végétation. Nous évaluons également le rôle des interactions interspécifiques sur le régime alimentaire et la masse corporelle des espèces d'ongulés. Nous utilisons les méso-usures pour les analyses de régimes alimentaires et des équations de régression pour estimer la masse corporelle à partir de mesures du squelette. Les résultats montrent une corrélation entre les méso-usures des ongulés et les pourcentages de pollens non arborés des localités, mais des différences nettes existent entre espèces. Les masses corporelles des rhinocéros (Rhinocerotidae) et des cerfs (Cervidae) sont en moyenne plus élevées dans les environnements ouverts, alors que les aurochs (Bos primigenius) ne montrent pas de connexion claire entre leur taille corporelle et les conditions de végétation. Les bisons (Bison spp.) et les chevaux (Equus ferus) ont majoritairement une taille moyenne plus faible dans les environnements plus ouverts, potentiellement à cause de densités de populations élevées et des limites en ressources qui en découlent. Il est évident que la corrélation entre la taille corporelle et le degré d'ouverture de la végétation n'est pas directe et reflète probablement les effets variés de la densité de population, des adaptations écologiques, et des conditions environnementales sur la taille corporelle des différentes espèces.

Mots-clés : méso-usures ; masse corporelle ; communautés d'ongulés ; degré d'ouverture de la végétation ; Pléistocène

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Ernährungsmuster und Körpergewicht großer Ungulaten aus dem Pleistozän von Westeuropa und ihre Beziehung zur Vegetation

Die Fressgewohnheiten von Ungulaten können je nach unterschiedlicher Vegetation variieren und ihr Körpergewicht wird durch eine Reihe von komplexen ökologischen und physiologischen Variablen beeinflusst. Hier analysieren wir mittel-und spätpliozäne britische und deutsche Ungulaten-Gemeinschaften um zu testen, ob ein signifikanter Zusammenhang zwischen den Fressgewohnheiten und dem Körpergewicht von Ungulaten-Arten und der Beschaffenheit der Vegetation besteht. Weiterhin evaluieren wir die Rolle von interspezifischen Interaktionen auf die Fressgewohnheiten und das Körpergewicht von Ungulaten-Arten. Zur Analyse der Fressgewohnheiten nutzen wir Mesowear und Regressionsgleichungen zur Kalkulierung des Körpergewichts aus Skelettmaßen. Die Ergebnisse zeigen einen Zusammenhang zwischen der Mesowear von Ungulaten und den Prozentwerten von nicht-arborealen Pollen aus diesen Fundstellen, allerdings treten deutliche Unterschiede zwischen den Arten auf. Das Körpergewicht von Nashörnern (Rhinocerotidae) und Hirschen (Cervidae) ist in offener Umgebung im Durchschnitt höher, wohingegen Auerochsen (Bos primigenius) keine klaren Zusammenhang zwischen Körpergewicht und Vegetationsbeschaffenheit zeigen und Bisons (Bison spp.) und Wildpferde (Equus ferus) im Durchschnitt in offeneren Ökosystemen eine kleinere mittlere Größe haben, möglicherweise wegen hoher Populationsdichten und daraus resultierenden Ressourcenbeschränkungen. Es wird deutlich, dass eine Korrelation von Körpergewicht und Vegetationsbeschaffenheit nicht eindeutig ist, und dass das Gewicht der jeweiligen Arten eher durch die variierenden Populationsdichten, ökologische Adaptionen und die Umweltbedingungen reflektiert wird.

Schlüsselwörter: Mesowear; Körpergewicht; Ungulaten-Gemeinschaften; Vegetations-beschaffenheit; Pleistozän

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa