Размер и форма листьев определяются климатом и тесно взаимосвязаны с климатическими переменными. Соответственно, ископаемые двудольные листья считаются одними из самых надежных индикаторов палеоклимата суши. Однако используемые методы имеют большой потенциал для совершенствования. В настоящее время все они основаны на дискретных, обычно двоичных символах, но морфология листа лучше оценивается и более воспроизводимо измеряется с помощью непрерывных переменных.
Цифровые измерения листа позволяют непрерывно воспроизводить переменные величины, что может улучшить палеоклиматические оценки, а также экологическое и эволюционное понимание формы листа. Переменными величинами являются: коэффициент формы (отношение площади к периметру, стандартизированное к окружности); отношение диаметра фретты (диаметр, если площадь листа заключена в круг) к длине основной оси; отношение площади зуба к площади листа; количество зубов; и количество зубов, стандартизированное по периметру листа.
Хорошо известно, что повышение среднегодовой температуры коррелирует с высоким процентом зубастых видов. Следовательно, ожидается, что повышение температуры будет связано с относительно нерасчлененными, более круглыми листьями (т.е. с высокой формой, низким отношением площади зуба к площади листьев и низким количеством зубов).
Эти тенденции наблюдались в тестовых цветах как между тропическими и умеренными районами, так и между двумя районами умеренного климата. Форма фактор был переменной, которая разрешила три участка наиболее значительно. Пять переменных величин являются перспективными для тестирования на расширенном наборе цветов, достаточных для разработки статистических моделей палеоклиматических исследований.
Оценка палеоклимата на основе ископаемых растений является одним из наиболее важных вкладов палеоклимата в науку о Земле, с воздействием на различные области исследований, такие как история и моделирование климата, восстановление палеоклимата, сравнение климата прошлого с концентрацией парниковых газов, и климатический контекст биотического оборота.
Одним из наиболее продуктивных подходов к оценке палеоклимата из ископаемой флоры является использование корреляций, наблюдаемых в живых лесах между климатическими и размерно-формовыми переменными.
Наиболее широко и легко используемый из этих методов, известный как анализ маржи листьев, основан на корреляции между среднегодовой температурой (MAТ) и долей древесных видов двустворчатых растений в образце, достигших краев зубчатых листьев. Статистическая точность анализа маржи листьев составляет около 6 28C до рассмотрения отбора проб и тафо-химических факторов.
Физиологическая основа корреляции остается недостаточно изученной. Тем не менее, проведенные исследования показывают, что зубы листьев являются конвергентной адаптацией, которая, в качестве краевых особенностей, помогает оптимизировать возможности фотосинтеза, влияя на водный баланс и поглощение CO2 в короткий, прохладный вегетационный период .
Корреляция часто уменьшается или изменяется в экстремально холодной, сухой, солевой или другой физиологически напряженной среде. Потенциал для большей точности и оценки климатических переменных, помимо MAT, был продемонстрирован с помощью многомерного анализа до 31 размера и формы (физиогномических) переменных, также оцененных на процентной основе в рамках процедуры сбора и анализа, известной как CLAMP (многомерная программа климато-лифто-анализа).
В случае среднегодовой температуры аналитические методы, основанные на CLAMP, которые теоретически должны давать значительно улучшенные оценки, часто не дают более точных результатов, чем анализ маржи листьев при тестировании живых цветов . Этот результат может быть частично связан с воспроизводимостью процедур оценки листа для CLAMP.
Для одних и тех же листьев разные исследователи оценивают наличие или отсутствие зубов листьев почти одинаково, но это не обязательно так, например, для верхушек и базовых состояний. Шум от дисперсии в скоринге может превышать дополнительный температурный сигнал от дополнительных символов.
Общее отсутствие усовершенствованных оценок, полученных с помощью метода CLAMP, создает проблему для палеоботаников, многие из которых продолжают использовать анализ маржи листьев.
Что необходимо сделать дальше для улучшения науки о листьях и климате, помимо сбора новых данных из живых лесов для дальнейшего тестирования уравнений, которые представляют собой вариации существующих методов?
- Одним из возможных решений могло бы стать решение проблемы выставления баллов непосредственно путем пересмотра и тщательного тестирования скоринговых определений многомерных символов с последующим перераспределением калибровочных данных.
- В качестве альтернативы, полностью цифровой подход к подсчету очков листа, рассмотренный здесь, может привести к замене либо Для анализа маржи листьев и CLAMP или, по крайней мере, дополнительных и информативных методов.
- Цифровая обработка изображений значительно улучшилась вместе с вычислительной мощностью, и для изучения контуров листа использовались цифровые методы.
- С появлением недорогой цифровой фотографии, быстрых персональных компьютеров и мощного программного обеспечения для обработки изображений появился потенциал для использования цифровой физиогномики листьев практически в любой лаборатории и по относительно низкой цене.
Цифровая физиогномика листа потенциально предлагает несколько основных преимуществ по сравнению с анализом маржи листа и оценкой CLAM:
- Во-первых, воспроизводимость скоринга значительно выше, чем у многих CLAMP-символов, поскольку вычислительные алгоритмы для измерения формы однозначны по определению.
- Во-вторых, бинарные данные о наличии отдельных переменных, выраженные в процентах, заменяются или дополняются непрерывными измерениями, что должно привести к значительному повышению общей точности калибровочных данных и лучшему пониманию изменения климатически информативных характеристик листьев. Например, при наличии непрерывных данных имеется более мощный набор статистических тестов и анализов для анализа средств и распределения измерений видов в цветочной выборке.
- В-третьих, непрерывные измерения позволяют коррелировать ранее не поддававшиеся количественной оценке переменные, такие как размер зуба и соотношение площади:периметра, с признаками листа, хорошо известными с экологической точки зрения, такими как продолжительность жизни, содержание азота, толщина, сопротивление травоядных и других, что потенциально ведет к лучшему пониманию эк ологических факторов, определяющих контроль формы листа и, соответственно, его свойства.
- В-четвертых, в отличие от образцов ваучеров, разбросанных по музеям и личным коллекциям, цифровые листовые изображения можно легко распространять через Интернет. Здесь представлены предварительные тесты набора цифровых физиогномических переменных и рассматривается их потенциал для палеоклиматической реконструкции и экологических исследований.
Переменные параметры были выбраны для простоты использования с коммерчески доступным программным обеспечением и включают абсолютные измерения и различные соотношения площади, периметра, размера и количества зубов листа, измеренные на 238 листах из трех исследуемых областей.
