Nieuw onderzoek onder leiding van biologie-promovendus William J. Matthaeus van Baylor University en hoogleraar biologie Joseph White, doctoraat, overweegt hoe de vorst-intolerantie van planten de bosbedekking en hydrologie beïnvloedde tijdens de periode van Pennsylvania, ongeveer 340 miljoen tot 285 miljoen jaar geleden tijdens het Paleozoïcum, het voorstellen van verbeteringen aan klimaatprognoses voor het verleden en de toekomst met plantfunctiegegevens.

Dit zeer interdisciplinaire en samenwerkingsproject omvatte Baylor geologie postdoctoraal onderzoeker Jon Richey, evenals klimaatwetenschappers, geologen en paleobotanici van verschillende andere Amerikaanse en Europese instellingen.

De studie, gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , suggereert dat bevriezing van planten de geografische verspreiding van bosbedekking over het supercontinent Pangea zou hebben beperkt. Gedurende deze periode, er waren glaciaal-interglaciale cycli en aanhoudende perioden van lage temperaturen. Afhankelijk van de beperkingen van vorsttolerante plantenfysiologie, bevriezing van minimumtemperaturen beperkte waarschijnlijk het vermogen van boomplanten om te overleven.

"Planten kunnen ons dingen vertellen over de tijd en plaats waar ze groeiden, omdat planten basisbehoeften hebben, een beetje zoals mensen. Maar omdat planten niet kunnen bewegen om te krijgen wat ze nodig hebben, ze moeten hun 'lichaam' opbouwen om goed te werken voor waar ze groeien, ' zei Matthaeus. 'Hierdoor, plantenfossielen bevatten informatie over het functioneren van die planten, maar ook de omstandigheden waarmee ze werden geconfronteerd, zelfs 300 miljoen jaar geleden."

Lage bosbedekking verhoogde de oppervlakte-afvoer van zoet water en sediment in sommige regio's. De door bevriezing veroorzaakte afvoer veranderde aanzienlijk tussen glaciale en interglaciale perioden in Pangea, en kan hebben geleid tot locatiespecifieke verschillen in mineraal, bezinken, organische stof en nutriënten in de zoetwaterafvoer naar rivieroevers, oever- en kustgebieden in de zee.

De onderzoekers combineerden klimaatmodellering en ecosysteemprocesmodellering om boomvegetatie te simuleren tijdens de late paleozoïsche ijstijd. Omdat bestaande globale klimaatmodelprojecties geen rekening houden met verschillen in functionele eigenschappen van planten tussen hedendaagse en paleozoïsche planten, de onderzoekers gebruikten fossiel afgeleide gegevens over planteigenschappen om wereldwijde ecosysteemprocessen te simuleren.

"Zelfs met de beperkte steekproef van het fossielenarchief dat hier wordt gebruikt, aanwijzingen voor de impact van bevriezing op 300 miljoen jaar oude plantengemeenschappen zijn duidelijk. We combineren op fossielen gebaseerde gevolgtrekkingen over de functie van planten met wereldwijde klimaatmodellering om de oude aarde tot leven te brengen. Dit is een cruciale combinatie van disciplines voor het samenstellen van de puzzel van de natuurlijke historie, ' zei Mattheus.

De wereldwijde klimaatmodellering toonde aan dat vriestemperaturen bijna wereldwijd voorkomen en waarschijnlijk een beperkende factor zijn in de verspreiding van bosbedekking, ook in de onderwerpen. Minder dan 25% van het niet-verglaasde land dat de vegetatie kon ondersteunen, bleef het hele jaar door boven het vriespunt. De onderzoekers suggereren dat wijdverbreide en herhaalde blootstelling van planten aan vriestemperaturen tijdens het Pennsylvania de evolutie van opmerkelijke aspecten van de latere paleozoïsche plantenfysiologie beïnvloedde.

"Klimaatmodellen worden meestal gebruikt om gemiddelde temperatuurtrends te bestuderen over maandelijkse of langere tijdschalen in het verleden van de aarde. deze benadering negeert extreme temperaturen waarvan bekend is dat ze tegenwoordig cruciaal zijn voor het functioneren en overleven van planten. Een nieuw aspect van deze studie is dat we ons concentreren op dagelijkse temperatuurveranderingen gesimuleerd door het model dat planten waarschijnlijk hebben doorstaan ​​tijdens de Pennsylvania, " zei Sophia I. Macarewich, co-auteur en paleoklimatologie en wetenschappelijke informatica-promovendus aan de Universiteit van Michigan.

De integratie van van fossielen afgeleide paleobotanische gegevens in diepe klimaatmodellering kan projecties en begrip van vroegere aardse systemen verbeteren en toekomstige modellen voor klimaatverandering helpen, volgens de auteurs.

"Verdere ontwikkeling van deze methoden kan dienen als een brug om de fundamenten van wereldwijde ecosystemen in het oude verleden van de aarde te begrijpen. Door te begrijpen hoe dingen in de natuurlijke geschiedenis hebben gewerkt, hebben we een betere kans om onze eigen toekomst te begrijpen, ' zei Mattheus.

White ziet de studie als een versterking van Baylor als leider in het veld, vooral met betrekking tot doctoraatsstudies en academisch succes.

"Het succes van de heer Matthaeus kan worden toegeschreven aan zijn inherent nieuwsgierige geest en uitstekende rekenvaardigheden die, met zijn academische graden in evolutionaire biologie en wiskunde, gaf hem de voorbereide geest om te slagen in het aanpakken van zo'n moeilijke vraag, " zei hij. "Hij is ook buitengewoon goed gelezen en heeft het voordeel gehad van directe interactie met de discipline-experts, van wie velen zijn co-auteurs zijn, naast mentorschap van andere Baylor-faculteiten, zoals paleobotanist Dr. Dan Peppe, universitair hoofddocent geowetenschappen, en dr. Bernd Zechmann, directeur en universitair hoofddocent onderzoek voor het Center for Microscopy and Imaging."