What are the best modern analogs for ancient South American mammal communities? Evidence from ecological diversity analysis (EDA)
Plain Language Abstract
Understanding the adaptations of extinct species and how they interacted with their environment is particularly challenging when the species in question are only distantly related to species alive today and/or differ substantially from them in form. This is the case for many of the extinct mammals of South America because most of them belong to groups that were entirely restricted to that continent and left no living representatives. The main question we were interested in answering through our research was: Did these unusual South American mammals as a group occupy ecological niches similar to those of modern South American mammals or were their ecological niches more similar to those of mammals from other continents? We also wanted to determine whether biases in the fossil record, such as the scarcity of remains of very small species, could result in major errors in inferring the ancient habitats in which these mammals lived. We found that extinct South American mammal communities ranging in age from 30 to 10 million years old were more similar to certain modern mammal communities in Africa, Asia, and Europe than those of South America, despite the fact that similar climates and habitats are probably present in South America today. We also found that removing very small species from paleoecological studies does not have a large effect on the results. Our study indicates that the most accurate way to understand the paleoecology of a fossil mammal site is to compare it to modern faunas from throughout the globe rather than from a single continent and that ancient South American mammal communities differed from modern-day ones in their ecology as well as their species composition.
Resumen en Español
¿Cuáles son los mejores análogos modernos para las antiguas comunidades de mamíferos de América del Sur? Evidencia del análisis de diversidad ecológica (EDA)
El análisis de diversidad ecológica (EDA en inglés) es una técnica que utiliza atributos ecológicos de los mamíferos para reconstruir la estructura de la comunidad y el hábitat para la asociación fósil de un yacimiento dado. Los EDA de paleofaunas sudamericanas generalmente se han basado en conjuntos de datos comparativos modernos de ese continente, pero las faunas modernas de otros continentes pueden ser modelos más apropiados considerando las diferencias taxonómicas de alto nivel que existen entre las comunidades de mamíferos sudamericanos modernos y fósiles. Para probar esta hipótesis, seleccionamos cinco yacimientos paleontológicos bien muestreados para los cuales se han publicado datos paleoambientales independientes (e.g., paleosuelos, icnofósiles): cuatro de América del Sur (La Venta, Colombia; Quebrada Honda, Bolivia; Santa Cruz, Argentina; Tinguiririca, Chile) y uno de Europa (Rümikon, Suiza). Codificamos las especies extintas de estos yacimientos, así como alrededor de 2.450 especies de mamíferos modernos, para tres atributos ecológicos: dieta (ocho categorías), hábito locomotor (seis categorías) y masa corporal (seis categorías). Los porcentajes de especies en cada categoría de atributo se usaron para comparar las cinco paleofaunas con 179 faunas modernas de seis continentes usando análisis de correspondencia, agrupamiento jerárquico, porcentaje de similitud y árboles de clasificación. Se encontró que las cuatro paleofaunas de América del Sur eran más similares a las faunas modernas Afrotropical, Indo-Malaya y Paleártica y, de manera similar, la paleofauna europea se parecía más a las faunas de un bioma que actualmente no está presente en el Paleártico. Nuestro estudio destaca diferencias importantes en la estructura de la comunidad entre las faunas de mamíferos sudamericanos antiguos y modernos y sugiere que las comunidades de mamíferos modernos de otros continentes son mejores análogos para las comunidades sudamericanas antiguas que las faunas sudamericanas modernas.
Palabras clave: Cenozoico; Ecología; Estructura de la comunidad; Sudamérica; Paleoambiente; Neotrópico
Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)
Résumé en Français
Quels sont les meilleurs analogues actuels des communautés anciennes de mammifères sud-américains ? Apports de l’Analyse de Diversité Écologique (ADE)
L’Analyse de Diversité Écologique (ADE) est une technique qui utilise les caractéristiques écologiques des mammifères pour reconstruire la structure de communauté et l’habitat d’une localité fossilifère. Les ADE des paléofaunes sud-américaines se sont généralement appuyées sur des jeux de données actuels de comparaison issus de ce continent, mais les faunes actuelles des autres continents peuvent être des modèles plus appropriés étant donné les différences à des niveaux taxinomiques élevés existant entre les communautés mammaliennes actuelles et fossiles d’Amérique du Sud. Afin de tester cette hypothèse, nous avons sélectionné cinq localités fossilifères bien échantillonnées, pour lesquelles des données paléoenvironnementales indépendantes (e.g., paléosols, ichnofossiles) ont été publiées : quatre localités d’Amérique du Sud (La Venta, Colombie ; Quebrada Honda, Bolivie ; Santa Cruz, Argentine ; Tinguiririca, Chili) et une d’Europe (Rümikon, Suisse). Nous avons codé les espèces éteintes de ces sites, ainsi que 2450 espèces actuelles de mammifères, pour trois caractéristiques écologiques : régime alimentaire (huit catégories), mode de locomotion (six catégories), et masse corporelle (six catégories). Les pourcentages d’espèces pour chaque catégorie de caractéristique écologique ont été utilisés pour comparer les cinq paléofaunes à 179 faunes actuelles de six continents en utilisant une analyse des correspondances, une classification hiérarchique, des pourcentages de similarité, et des arbres de classification. Les résultats indiquent que les quatre paléofaunes sud-américaines sont les plus similaires aux faunes actuelles afrotropicales, indomalaises, et paléarctiques, et de la même manière, la paléofaune européenne ressemble le plus aux faunes d’un biome qui n’est pas actuellement présent dans le Paléarctique. Notre étude met en évidence des différences importantes de structure de communauté entre les faunes mammaliennes sud-américaines anciennes et actuelles et suggère que les communautés de mammifères actuelles des autres continents sont de meilleurs analogues pour les communautés anciennes d’Amérique du Sud que les faunes sud-américaines actuelles.
Mots-clés : Cénozoïque ; écologie ; structure des communautés ; Amérique du Sud ; paléoenvironnement ; Néotropiques
Translator: Antoine Souron
Deutsche Zusammenfassung
Welche Analogien eigen sich am besten für vorzeitliche südamerikanische Säugetiergemeinschaften?
Beweise aus der ökologischen Diversitätsanalyse (EDA)
Die ökologische Diversitätsanalyse (EDA) ist eine Technik, mit der anhand ökologischer Eigenschaften von Säugetieren Gemeinschaftsstruktur und Lebensraum einer Fossilfundstelle rekonstruiert werden können. EDAs südamerikanischer Paläofaunen haben sich im Allgemeinen auf moderne vergleichende Datensätze aus diesem Kontinent verlassen aber moderne Faunen aus anderen Kontinenten könnten angesichts der hohen taxonomischen Unterschiede, die zwischen modernen und fossilen südamerikanischen Säugetiergemeinschaften bestehen, geeignetere Modelle sein. Um diese Hypothese zu testen, haben wir fünf gut beprobte Fossilfundstellen ausgewählt, für die jeweils unabhängige Daten zur Paläoumwelt (z.B. Paläoböden, Ichnofossilien) veröffentlich wurden: vier aus Südamerika (La Venta, Colombia; Quebrada Honda, Bolivia; Santa Cruz, Argentina; Tinguiririca, Chile) und eine von Europa (Rümikon, Schweiz). Wir codierten die ausgestorbenen Arten aus diesen Fundstellen ebenso wie ca. 2400 heutige Säugetierarten auf drei ökologische Attribute: Nahrungsgewohnheit (acht Kategorien), Bewegungsgewohnheit (sechs Kategorien) und Körpermasse (sechs Kategorien). Mit Hilfe der Prozentsätze der Arten in jeder Attributkategorie wurden die fünf Paläofaunen mit 179 modernen Faunen aus sechs Kontinenten verglichen, wobei Korrespondenzanalyse, hierarchische Clusterbildung, Ähnlichkeitsprozentsatz und Klassifikationsbäume verwendet wurden. Es wurde festgestellt, dass die vier südamerikanischen Paläofaunen den modernen afrotropischen, indo-malayischen und paläarktischen Faunen am ähnlichsten sind. Die europäische Paläofauna ähnelt am meisten Faunen aus einem Biom, das derzeit in der Paläarktis nicht vorhanden ist. Unsere Studie hebt wichtige Unterschiede in der Gemeinschaftsstruktur zwischen vorzeitlichen und modernen südamerikanischen Säugetierfaunen hervor und legt nahe, dass moderne Säugetiergemeinschaften aus anderen Kontinenten bessere Analogien für die vorzeitlichen südamerikanischen Gemeinschaften darstellen, als moderne südamerikanische Faunen.
Schlüsselwörter: Känozoikum; Ökologie; Gemeinschaftsstruktur; Südamerika; Paläoumwelt; Neotropen
Translator: Eva Gebauer
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Jakie są najlepsze współczesne analogi dla kopalnych południowoamerykańskich zespołów ssaków? Dowody z analizy różnorodności ekologicznej (EDA)
Analiza różnorodności ekologicznej (EDA) to technika, która wykorzystuje ekologiczne atrybuty ssaków do rekonstrukcji struktury zespołów i środowiska stanowisk kopalnych. EDA południowoamerykańskich faun kopalnych zasadniczo opierały się na wspólczesnych zestawach danych porównawczych z tego kontynentu, ale współczesne fauny z innych kontynentów mogą być bardziej odpowiednimi modelami, biorąc pod uwagę różnice taksonomiczne na wysokim poziomie między współczesnymi i kopalnymi zespołami ssaków z Ameryki Południowej. Aby przetestować tę hipotezę, wybraliśmy pięć dobrze zbadanych stanowisk kopalnych, dla których opublikowano niezależne dane paleośrodowiskowe (np. gleby kopalne, ichnofosylia): cztery z Ameryki Południowej (La Venta, Kolumbia; Quebrada Honda, Boliwia; Santa Cruz, Argentyna; Tinguiririca, Chile) i jedno z Europy (Rümikon, Szwajcaria). Wymarłym gatunkom z tych stanowisk, a także ok. 2450 współczesnym gatunkom ssaków, przypisaliśmy kody dla trzech atrybutów ekologicznych: dieta (osiem kategorii), zachowania lokomotoryczne (sześć kategorii) i masa ciała (sześć kategorii). Procent gatunków w każdej kategorii wykorzystano do porównania pięciu faun kopalnych z 179 współczesnymi faunami z sześciu kontynentów przy użyciu analizy korespondencji, hierarchicznego grupowania, odsetka podobieństwa i diagramów podobieństwa. Cztery południowoamerykańskie fauny kopalne okazały się najbardziej podobne do współczesnych faun afrotropikalnej, indo-malajskiej i palearktycznej oraz, podobnie, europejska fauna kopalna najbardziej przypominała fauny z biomu nie występującego obecnie w palearktyce. Nasze wyniki podkreślają istotne różnice w strukturze zespołów między kopalnymi i współczesnymi południowoamerykańskimi faunami ssaków i sugeruje, że współczesne zespoły ssaków z innych kontynentów są lepszymi analogami dla kopalnych zespołów południowoamerykańskich niż współczesne fauny południowoamerykańskie.
Słowa kluczowe: kenozoik; Ekologia; Struktura zespołów; Ameryka Południowa; Paleośrodowisko; Neotropiki
Translator: Krzysztof Stefaniak
Russian
Каковы лучшие современные аналоги древних южноамериканских сообществ млекопитающих? Данные анализа экологического разнообразия (АЭР)
Анализ экологического разнообразия (АЭР) – это метод, использующий экологические характеристики млекопитающих для реконструкции структуры древних сообществ и среды их обитания. АЭР южноамериканских палеофаун обычно опирается на их сравнение с современными выборками с этого континента. Вместе с тем, существует мнение, что рецентные фауны других континентов могут быть более подходящими моделями с учетом таксономических различий высокого уровня, существующих между современными и древними сообществами южноамериканских млекопитающих. Чтобы проверить эту гипотезу, мы выбрали пять местонахождений, для которых имеются ранее опубликованные независимые палеоэкологические данные (в частности, результаты изучения палеопочв, ихнофоссилий): четыре из Южной Америки (La Venta, Колумбия; Quebrada Honda, Боливия; Santa Cruz, Аргентина; Tinguiririca, Чили) и одно из Европы (Rümikon, Швейцария). Мы закодировали вымершие виды из этих местонахождений, а также около 2450 современных видов млекопитающих по трем экологическим признакам: рацион (восемь категорий), особенности передвижения (шесть категорий) и масса тела (шесть категорий). Процент видов в каждой категории учитывался при сравнении пяти палеофаун со 179 современными фаунами с шести континентов с использованием анализа соответствия, иерархической кластеризации, процента сходства и деревьев классификации. Установлено, что четыре южноамериканские палеофауны наиболее сходны с рецентными афротропической, индо-малайской и палеарктической фаунами. Европейская палеофауна наиболее напоминает фауну из биома, в настоящее время отсутствующего в Палеарктике. Наше исследование подчеркивает фундаментальные различия в структуре древних и современных сообществ южноамериканских млекопитающих. Предполагается, что современные сообщества млекопитающих с других континентов являются лучшими аналогами для древних южноамериканских сообществ по сравнению с рецентными южноамериканскими фаунами.
Ключевые слова: кайнозой; экология; структура сообщества; Южная Америка; среда обитания; Неотропика.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Ukrainian
Які з сучасних аналогів древніх угруповань південноамериканських ссавців є найкращими? Дані аналізу екологічного різноманіття (АЕР)
Аналіз екологічного різноманіття (АЕР) – це метод, який використовує екологічні характеристики ссавців для реконструкції структури древніх угруповань і середовища їх існування. АЕР південноамериканських палеофаун зазвичай спирається на їх порівняння із сучасними вибірками з цього континенту. Разом з тим, існує думка, що рецентні фауни інших континентів можуть бути більш придатними моделями з урахуванням таксономічних відмінностей високого рівня, що існують між сучасними і древніми угрупованнями південноамериканських ссавців. Щоб перевірити цю гіпотезу, ми вибрали п'ять місцезнаходжень, для яких є раніше опубліковані незалежні палеоекологічні відомості (зокрема, результати вивчення палеоґрунтів, іхнофосилій): чотири з Південної Америки (La Venta, Колумбія; Quebrada Honda, Болівія; Santa Cruz, Аргентина; Tinguiririca , Чилі) і одне з Європи (Rümikon, Швейцарія). Ми закодували вимерлі види з цих місцезнаходжень, а також близько 2450 сучасних видів ссавців за трьома екологічними ознаками: раціон (вісім категорій), особливості пересування (шість категорій) і маса тіла (шість категорій). Відсоток видів у кожній категорії враховувався при порівнянні п'яти палеофаун зі 179 сучасними фаунами шести континентів з використанням аналізу відповідності, ієрархічної кластеризації, відсотку подібності і дерев класифікації. Встановлено, що чотири американські палеофауни найбільш подібні до рецентних афротропічної, індо-малайської і палеарктичної фаун. Європейська палеофауна найбільше нагадує фауну з біому, якого на разі немає в Палеарктиці. Наше дослідження підкреслює фундаментальні відмінності в структурі древніх і сучасних угруповань південноамериканських ссавців. Передбачається, що сучасні угруповання ссавців із інших континентів є кращими аналогами для древніх південноамериканських угруповань порівняно з рецентними американськими фаунами.
Ключові слова: кайнозой; екологія; структура угруповань; Південна Америка; середовище існування; Неотропіка.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
