Nouvelle recherche dirigée par le doctorant en biologie de l'Université Baylor William J. Matthaeus et le professeur de biologie Joseph White, Doctorat., examine comment l'intolérance au gel des plantes a affecté le couvert forestier et l'hydrologie pendant la période pennsylvanienne, il y a environ 340 à 285 millions d'années durant l'ère paléozoïque, proposer des améliorations aux projections climatiques pour le passé et le futur avec des données sur le fonctionnement des plantes.

Ce projet hautement interdisciplinaire et collaboratif comprenait le chercheur postdoctoral en géologie Baylor Jon Richey, ainsi que des climatologues, géologues et paléobotanistes de plusieurs autres institutions américaines et européennes.

L'étude, Publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences , suggère que le gel des plantes aurait limité la répartition géographique du couvert forestier à travers le supercontinent Pangée. Pendant ce temps, il y a eu des cycles glaciaires-interglaciaires et des périodes prolongées de basses températures. En fonction des limites de la physiologie des plantes tolérantes au gel, les températures minimales de congélation ont probablement limité la capacité des plantes arboricoles à survivre.

"Les plantes peuvent nous dire des choses sur le moment et l'endroit où elles ont poussé parce que les plantes ont des besoins fondamentaux, un peu comme les gens. Mais parce que les plantes ne peuvent pas se déplacer pour obtenir ce dont elles ont besoin, ils doivent construire leur « corps » pour bien travailler là où ils grandissent, " dit Matthaeus. " A cause de cela, les fossiles de plantes contiennent des informations sur le fonctionnement de ces plantes, mais aussi les conditions auxquelles ils étaient confrontés, il y a même 300 millions d'années."

Le faible couvert forestier a augmenté le ruissellement de surface d'eau douce et de sédiments dans certaines régions. Le ruissellement induit par le gel a considérablement changé entre les périodes glaciaires et interglaciaires à travers la Pangée, et peut avoir entraîné des différences spécifiques à l'emplacement dans les minéraux, sédiment, les niveaux de matière organique et de nutriments dans le ruissellement d'eau douce dans les rivières, milieux marins riverains et côtiers.

Les chercheurs ont combiné la modélisation du climat et la modélisation des processus écosystémiques pour simuler la végétation arboricole à la fin de la période glaciaire du Paléozoïque. Parce que les projections de modélisation du climat mondial existantes ne tiennent pas compte des différences de traits fonctionnels des plantes entre les plantes contemporaines et paléozoïques, les chercheurs ont utilisé des données de traits végétaux dérivés de fossiles pour simuler les processus écosystémiques mondiaux.

"Même avec l'échantillon limité des archives fossiles utilisées ici, des indices sur l'impact du gel sur des communautés végétales vieilles de 300 millions d'années sont évidents. Nous combinons l'inférence fossile sur la fonction des plantes avec la modélisation du climat mondial pour donner vie à l'ancienne Terre. Il s'agit d'un couple critique de disciplines pour assembler le puzzle de l'histoire naturelle, " dit Matthaeus.

La modélisation du climat mondial a montré que les températures de congélation étaient presque mondiales et probablement un facteur limitant dans la répartition du couvert forestier, même dans les sujets. Moins de 25 % des terres non glaciaires qui pourraient supporter la végétation sont restées au-dessus du point de congélation toute l'année. Les chercheurs suggèrent que l'exposition généralisée et répétée des plantes à des températures glaciales pendant le Pennsylvanien a influencé l'évolution d'aspects notables de la physiologie végétale du Paléozoïque ultérieur.

« Les modèles climatiques sont généralement utilisés pour étudier les tendances de la température moyenne sur des échelles de temps mensuelles ou plus longues dans le passé de la Terre. Cependant, cette approche ignore les températures extrêmes connues pour être critiques pour le fonctionnement et la survie des plantes aujourd'hui. Un aspect nouveau de cette étude est que nous nous concentrons sur les changements de température quotidiens simulés par le modèle que les plantes ont probablement enduré pendant le Pennsylvanien, " dit Sophia I. Macarewich, co-auteur et doctorant en paléoclimatologie et calcul scientifique à l'Université du Michigan.

L'incorporation de données paléobotaniques dérivées de fossiles dans la modélisation climatique en temps profond peut améliorer les projections et la compréhension des systèmes terrestres passés ainsi que contribuer aux futurs modèles de changement climatique, selon les auteurs.

« La poursuite du développement de ces méthodes peut servir de passerelle pour comprendre les fondements des écosystèmes mondiaux à travers l'ancien passé de la Terre. En comprenant comment les choses ont fonctionné tout au long de l'histoire naturelle, nous avons une meilleure chance de comprendre notre propre avenir, " dit Matthaeus.

White considère que l'étude renforce Baylor en tant que leader dans le domaine, notamment en matière d'études doctorales et de réussite scolaire.

« Le succès de M. Matthaeus peut être attribué à son esprit intrinsèquement curieux et à ses compétences informatiques exceptionnelles qui, avec ses diplômes universitaires en biologie évolutive et mathématiques, lui a fourni l'esprit préparé pour réussir à aborder une question aussi difficile, " il a dit. " Il est également extrêmement cultivé et a eu l'avantage d'une interaction directe avec les experts de la discipline, dont beaucoup sont ses co-auteurs, en plus du mentorat d'autres professeurs de Baylor tels que le paléobotaniste Dr Dan Peppe, professeur agrégé de géosciences, et le Dr Bernd Zechmann, directeur et professeur agrégé de recherche pour le Centre de microscopie et d'imagerie."