The Integrated Plant Record (IPR) analysis: Methodological advances and new insights into the evolution of European Palaeogene/Neogene vegetation
Plain Language Abstract
Assessing former vegetation from the fossil plant record is important to help us understand ecosystems and climate change during Earth's history. The Integrated Plant Record (IPR) vegetation analysis is a semi-quantitative method to easily assess major vegetation types from the Palaeogene and Neogene (approx 66-2.6 m.a.) in the Northern Hemisphere. This approach is based on the ecology of most similar modern relatives and leaf physiognomy. It calculates the proportions of different major components in order to distinguish broad-leaved deciduous forests, mixed forests, broad-leaved evergreen forests, subhumid sclerophyllous forests, xeric open woodlands and xeric grasslands or steppe, and the transitions (ecotones) in between. In this paper we extend the calibration dataset of modern vegetation for the recent vegetation of Europe, the Caucasus, Mongolia, and China. We introduce two tools (Drudge 1 and 2) to easily identify which modern vegetation is most comparable to the vegetation indicated by a fossil plant assemblage. Such modern vegetation units are called “proxies”. The Drudges are tested on six Central European plant assemblages covering the timespan from the late Eocene to the late Pliocene (approx. 35-3 m.a.). The results reflect the overall vegetation change from broad-leaved evergreen to mixed mesophytic and broad-leaved deciduous forests. At the turn from the early to middle Miocene the the IPR vegetation analysis (the proportions of major components) indicate vegetation which is best compared to modern forests in southern parts of Europe under a climate with summer drought. The taxonomic composition of all fossil assemblages shows strong ties to East Asia. Based on the IPR vegetation analysis (the proportions of major components), the fossil plant assemblages from the late Eocene to the early middle Miocene are closely related to today’s flora from East Asia, while from the turn of the early to middle Miocene onwards, the relations are clearly closer to modern European vegetation than to East Asia. This divergent trend, which is reported here for the first time, apparently reflects a divergent climatic evolution in East Asia versus Europe from the middle Miocene onwards which possibly is related to the global transformation from a greenhouse to an icehouse world during the Neogene.
Resumen en Español
El análisis de IPR (Registro de Plantas Integrado) – avances metodológicos y nuevas perspectivas sobre la evolución de la vegetación Europea del Paleógeno/Neógeno.
El análisis de vegetación IPR (Registro de Plantas Integrado) sirve como un método proxy para derivar grandes tipos de paleovegetación zonal en base a la proporción de componentes clave zonales. Este trabajo tiene dos objetivos: 1) introducir dos herramientas (Drudge 1 y Drudge 2) para determinar estadísticamente proxies modernos cercanos para las asociaciones de plantas fósiles a partir de un set de referencia de actualmente 508 unidades de vegetación modernas. Éstas van desde bosques cerrados hasta ambientes más abiertos (estepas) de Europa y Asia, y están basadas en la correspondencia en la proporción de componentes clave zonales (Similaridad IPR) y Similaridad Taxonómica (TS, a nivel género); y 2) presentar la extensión de la calibración del set de datos de vegetación zonal moderna usando la vegetación natural de Europa, los Cáucasos, China y Mongolia. Las herramientas se testean en seis asociaciones de plantas de Europa Central de edad eocena tardía a pliocena tardía. Para el Eoceno tardío a Mioceno temprano, los resultados indican una relación cercana con la vegetación del Este asiático en base a la Similaridad IPR y a TS. Para los sitios más jóvenes, la Similaridad IPR apunta a una vegetación europea, mientras que la TS indica afinidad más cercana al Este de Asia.
Los resultados resumidos (como presentados en Results – Mix) derivados de ambas herramientas brindan unidades de vegetación proxy modernas que concuerdan bien con los análogos de vegetación moderna de los estudios empíricos tradicionales. Los resultados de Similaridad IPR probablemente reflejan cambio climático, el cual implica proporciones de componentes clave zonales, i.e., fisonomía de las hojas de bosques zonales que son más similares a la vegetación moderna europea que a la asiática a partir del Mioceno temprano más tardío/medio.
Palabras clave: plantas fósiles; proxies de vegetación actuales; metodología; Europa; Asia
Traducción: Diana Elizabeth Fernández
Résumé en Français
L’analyse du Registre Intégré des Plantes (RIP) – avancées méthodologiques et nouvelles connaissances sur l’évolution de la végétation européenne du Paléogène au Néogène
L’analyse de végétation du Registre Intégré des Plantes (RIP) sert de méthode pour déduire les types principaux de la paléovégétation zonale en se basant sur la proportion des composantes zonales clés. Cet article a deux objectifs. Le premier objectif est d’introduire les deux outils (Drudge 1 et Drudge 2) pour déterminer statistiquement les proxies modernes proches pour des assemblages de plantes fossiles qui sortent du référentiel actuel de 508 unités de végétation moderne. Ces unités vont d’environnements de forêts fermées à des environnements plus ouverts (steppes), de l’Europe à l’Asie, et sont basées sur la correspondance dans les proportions des composantes zonales clés (Similarité de RIP) et la Similarité Taxinomique (ST, au niveau du genre). Le second objectif est de présenter l’extension du jeu de données de calibration de végétations zonales modernes en utilisant les végétations naturelles d’Europe, du Caucase, de Chine, et de Mongolie. Les outils sont testés sur six assemblages d’Europe centrale de l’Éocène récent au Pliocène récent. Pour la période allant de l’Éocène récent au Miocène ancien, les résultats indiquent une relation proche avec la végétation d’Asie de l’Est, basée à la fois sur la Similarité de RIP et la ST. Pour les sites plus récents, la Similarité de RIP pointe vers la végétation européenne alors que la ST indique encore des affinités plus proches avec l’Asie de l’Est. La synthèse des résultats (telle qu’elle est présentée dans les Résultats – Combinés) dérivés des deux outils fournit des proxies modernes des unités de végétation qui sont congruents avec les analogues de végétation moderne proposés par les études empiriques traditionnelles. Les résultats de Similarité de RIP reflètent probablement le changement de climat résultant en des proportions de composantes zonales clés (c’est-à-dire, la morphologie des feuilles des forêts zonales) qui sont plus similaires à celles de la végétation actuelle européenne que celles de la végétation actuelle asiatique à partir de la toute fin du Miocène ancien ou du Miocène moyen.
Mots-clés : plantes fossiles ; proxies récents de végétation ; méthodologie ; Europe ; Asie
Translator: Antoine Souron
Deutsche Zusammenfassung
Die „Integrated Plant Record (IPR) vegetation analysis“ - methodische Fortschritte und neue Erkenntnisse zur Evolution der Vegetation in Europa während des Paläo- und Neogens
Die Methode der “Integrated Plant Record (IPR) vegetation anlysis” wurde ursprünglich entwickelt, um wesentliche Vegetationstypen für fossile Pflanzenvergesellschaftungen anhand des Verhältnisses zonaler Angiospermen (key components) zu rekonstruieren. In diesem Artikel werden nun zwei Instrumente eingeführt (Drudge 1 und 2), um ähnliche moderne Pflanzenvergesellschaftungen (proxies) für die fossilen Gesellschaften aus dem Referenzdatenset moderner Vegetationseinheiten statistisch zu ermitteln. Das Kalibrierungsset rezenter Vegetationseinheiten wurde dafür um die natürliche Vegetation Europas, des Kaukasus, Chinas und der Mongolei erweitert und umfasst aktuell 508 Vegetationseinheiten von geschlossenen Wäldern bis zu Steppen. Die Ermittlung der proxies basiert auf der Ähnlichkeit der Anteile der key components (IPR Similarity) und des hier eingeführten Parameters der Taxonomischen Ähnlichkeit (Taxonomic Similarity) auf Gattungsebene. Die neuen Instrumente Drudge 1 und 2 werden an sechs Pflanzenvergesellschaftungen aus Mitteleuropa aus dem oberen Eozän bis oberen Pliozän getestet. Für das obere Eozän bis in das untere Miozän zeigen IPR Similarity und Taxonomic Similarity enge Beziehungen zu Vegetationstypen in Ostasien. Für die jüngeren Pflanzenvergesellschaftungen weist die IPR Similarity zunehmend auf europäische Vegetationseinheiten, während die Taxonomic Similarity weiterhin die engen Beziehungen nach Ostasien verdeutlicht. Die zusammengefassten Ergebnisse (Results Mix) stehen in gutem Einklang mit traditionellen empirischen Untersuchungen. Die Ergebnisse der IPR Similarity könnten den klimatischen Wandel widerspiegeln, der sich im Verhältnis der key components niederschlägt und im Wandel der Blattphysiognomie der zonalen Vegetation zum Ausdruck kommt, sodass diese ab dem höheren Untermiozän/Mittelmiozän europäischen Vegetationseinheiten ähnlicher ist als asiatischen.
Schlüsselwörter: Fossile Pflanzen, Proxies moderner Vegetation, Methodik, Europa, Asien
Translator: Authors
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Analiza Zintegrowanego Rejestru Roślin (IPR) - postęp metodologiczny i nowe spojrzenie na ewolucję europejskiej roślinności paleogenu / neogenu
Analiza roślinności Zintegrowanego Rejestru Roślin (IPR) służy jako metoda zastępcza do określenia głównych rodzajów strefowej paleowegetacji na podstawie proporcji kluczowych elementów strefowych. Niniejsza praca ma dwa cele: 1) wprowadzenie dwóch narzędzi (Drudge 1 i Drudge 2) w celu statystycznego określenia bliskich nowoczesnych odpowiedników dla zespołów kopalnych roślin z referencyjnego zestawu 508 współczesnych zespołów wegetacji. Obejmują one od zamkniętych lasów do bardziej otwartych (stepowych) środowisk Europy i Azji i opierają się na zgodności w proporcji kluczowych elementów strefowych (podobieństwo IPR) i podobieństwa taksonomicznego (TS, poziom rodzaju); oraz 2) przedstawienie rozszerzenia zestawu danych kalibracyjnych współczesnej roślinności strefowej z wykorzystaniem naturalnej roślinności Europy, Kaukazu, Chin i Mongolii. Narzędzia te są testowane na sześciu zespołach roślin Europy Środkowej od późnego eocenu do późnego pliocenu. W przypadku późnego eocenu do wczesnego miocenu wyniki wskazują na ścisły związek z roślinnością wschodnioazjatycką w oparciu zarówno o podobieństwo IPR, jak i TS. W przypadku młodszych stanowisk podobieństwo IPR wskazuje na europejską roślinność, podczas gdy TS nadal wskazuje na bliższe powinowactwo do Azji Wschodniej. Wyniki podsumowujące (przedstawione w Wynikach - Mix) uzyskane z obu narzędzi dostarczają nowoczesnych zastępczych zespołów wegetacji, które są zgodne ze współczesnymi analogami roślinności zaproponowanymi w tradycyjnych badaniach empirycznych. Wyniki podobieństwa IPR prawdopodobnie odzwierciedlają zmiany klimatu, które odpowiadają za proporcje kluczowych elementów strefowych, tj. fizjonomię liści strefowy lasów, które są bardziej podobne do współczesnej Europy niż do roślinności azjatyckiej od późnego wczesnego / środkowego miocenu.
Słowa kluczowe: rośliny kopalne; ostatnie proxy roślinności; metodologia; Europa; Azja
Translator: Krzysztof Stefaniak
Russian
Комплексный анализ данных о растительности (IPR) – методологические достижения и новое понимание эволюции европейской палеогеновой/неогеновой растительности
Комплексный анализ растительности (IPR) является прокси-методом для определения основных типов зональной палеорастительности на основе соотношения ключевых компонентов разных зон. Эта статья преследует две цели: 1) представить два инструмента (Drudge 1 и Drudge 2) для статистического определения прокси для сообществ ископаемых растений из эталонного набора 508 современных растительных единиц. Они варьируют от закрытых лесов до более открытых (степных) биотопов из Европы и Азии, и основаны на соответствии пропорций зональных ключевых компонентов (сходство IPR) и таксономического сходства (TS, родовой уровень); и 2) представить расширенный набор калибровочных данных современной растительности с использованием естественной растительности Европы, Кавказа, Китая и Монголии. Инструменты испытаны на шести центрально-европейских сообществах растений от позднего эоцена до позднего плиоцена. Результаты, полученные для позднего эоцена и раннего миоцена, указывают на тесную связь с растительностью Восточной Азии как по сходству IPR, так и TS. Для геологически более поздних местонахождений сходство IPR указывает на европейскую растительность, тогда как TS все еще свидетельствует о ее тесной связи с флорой Восточной Азии. Сводные результаты, дают прокси-единицы растительности, которые хорошо согласуются с современными аналогами, предложенными в ходе традиционных эмпирических исследований. Результаты сходства IPR, вероятно, отражают изменение климата, которое приводит к изменению соотношения зональных ключевых компонентов, т.е. физиогномики листьев зональных лесов, которые больше напоминают современную европейскую, чем азиатскую растительность начиная с конца раннего/среднего миоцена.
Ключевые слова: ископаемые растения; прокси-данные о современной растительности; методология; Европа; Азия.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Ukrainian
Комплексний аналіз даних про рослинність (IPR) – методологічні досягнення і нове уявлення про еволюцію європейської палеогенової/неогенової рослинності
Комплексний аналіз рослинності (IPR) виступає в якості проксі-методу для визначення основних типів зональної палеорослинності на основі співвідношення ключових компонентів різних зон. Ця стаття переслідує дві мети: 1) представити два інструменти (Drudge 1 та Drudge 2) для статистичного визначення близьких сучасних проксі для угруповань викопних рослин із еталонного набору 508 сучасних рослинних одиниць. Вони варіюють від закритих лісів до більш відкритих (степових) біотопів Європи та Азії і ґрунтуються на відповідності пропорцій зональних ключових компонентів (IPR подібності) і таксономічної подібності (TS, родовий рівень); та 2) представити розширений набір даних для калібрування сучасної зональної рослинності з використанням природної рослинності Європи, Кавказу, Китаю та Монголії. Інструменти тестувалися на шести центрально-європейських рослинних угрупованнях від пізнього еоцену до пізнього пліоцену. Результати, отримані для пізнього еоцену і раннього міоцену, свідчать про тісний зв’язок із рослинністю Східної Азії, що базується як на подібності IPR, так і TS. Для геологічно молодших місцезнаходжень подібність IPR вказує на європейську рослинність, тоді як TS все ще відображає її близькість із флорою Східної Азії. Узагальнені результати, отримані обома інструментами, дають проксі-одиниці рослинності, які добре узгоджуються із сучасними аналогами, запропонованими у ході традиційних емпіричних досліджень. Результати подібності IPR, ймовірно, відображають зміну клімату, що призводить до зміни співвідношення ключових зональних компонентів, тобто фізіогноміки листя зональних лісів, які більше нагадують сучасну європейську, ніж азіатську рослинність, починаючи з кінця раннього міоцену.
Ключові слова: викопні рослини; проксі-дані про сучасну рослинність; методологія; Європа; Азія.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
