The effect of singletons and interval length on interpreting diversity trends from the palaeobotanical record

Borja Cascales-Miñana and José Bienvenido Diez

Plain Language Abstract

The role of singletons (taxa which have their first and last appearance in a same time unit) and the length of time units are two classic aspects considered in the palaeobiological inference due to their effect on our perception of the diversity dynamics. In this paper, these two time-dependent aspects from a case study based on a classic family-level database are considered. Results based on regression analyses reveal that the duration of the time units employed does not distort our perception of the number of singletons at this taxonomic level. In the same line of reasoning, the duration as a single factor seems not to affect the measures of taxonomic diversity. Moreover, regarding the measures of diversity and evolution, this study emphasizes the use of per-capita rates and the standing diversity as an approach, which diminishes the effects of the possible taxonomic problems and preservational biases in order to provide a more realistic reading of the biological signal from the plant fossil record.

Resumen en Español

Efecto de los taxones de aparición única y la duración de los intervalos en la interpretación de las tendencias de la diversidad del registro paleobotánico

La fiabilidad y la identificación de sesgos potenciales son aspectos centrales para la elaboración de un análisis robusto de los datos paleontológicos. En la pasada década, conceptos anteriores sobre patrones y procesos evolutivos han sido revisados a la luz de nuevos métodos e hipótesis. Por otra parte, se han desarrollado nuevos algoritmos matemáticos para interpretar mejor la evolución y reducir los diferentes sesgos inherentes del registro fósil animal. Este nuevo estudio global se basa en una completa visión del registro fósil vegetal, compara con patrones paleoflorísticos previamente establecidos y utiliza un conjunto de análisis acumulativos, evolutivos y de regresión para evaluar la influencia de dos importantes variables en los métodos de inferencia: el papel de los taxones de aparición única y la duración de las unidades de tiempo. Los análisis de regresión revelan que la duración de las unidades temporales utilizadas no distorsiona nuestra percepción del número de taxones de aparición única a nivel de familia. Del mismo modo, la duración como factor simple tampoco afecta a las medidas de la diversidad taxonómica, y no influye en la representación de los principales patrones evolutivos de las plantas vasculares. El análisis revela que las tasas de originación y extinción per-capita utilizadas ofrecen patrones globales de diversidad que disminuyen los efectos de los posibles problemas taxonómicos y sesgos de preservación relacionados con la controvertida naturaleza de los taxones de aparición única debido a su restringido registro, y revelan que las principales tendencias y reemplazamientos de las plantas se caracterizan por cambios no tan abruptos, proporcionando así una visión más realista sobre la dimensión y la magnitud de los procesos evolutivos y patrones de diversificación observados en el registro fósil.

PALABRAS CLAVE: registro fósil; patrón paleoflorístico; análisis paleontológico de datos; evolución de las plantas vasculares; taxón de aparición única.

Traducción: los autores

Résumé en Français

Les effets des singletons et de la longueur des intervalles sur l’interprétation des tendances de diversité à partir de registre paléobotanique

La fiabilité et l’identification de biais potentiels sont des aspects centraux afin de produire une analyse fidèle et robuste en paléobotanique. Durant la dernière décennie, les vieux concepts de processus et de schémas évolutifs on été revus à la lumière de nouvelles méthodes et hypothèses. De plus, de nouveaux algorithmes mathématiques ont été développés afin de mieux interpréter l’évolution et de réduire plusieurs biais inhérents au registre fossile d’un point de vue animal. Cette nouvelle étude globale, basée sur une vue d’ensemble complète du registre des plantes fossiles, utilise des comparaisons avec les schémas paléofloristiques précédemment établis et emploie jeu d’analyses de régression, accumulative et évolutive afin de tester l’influence de deux variables importantes dans les méthodes d’inférence : le rôle des taxa singletons et la durée des unités temporelles. Les analyses de régression révèlent que la durée des unités temporelles employées ne déforme pas notre perception du nombre de singletons au niveau familial. De même, la durée en tant que facteur unique n’affecte également pas les mesures de diversité taxinomique, et n’influence pas la représentation des principaux schémas évolutifs des plantes vasculaires. Les analyses révèlent que les taux d’apparitions et d’extinctions per-capita utilisés fournissent des schémas globaux de diversité qui diminuent les effets possibles des problèmes taxinomiques et des biais de préservation en lien avec la nature controversée des taxa singletons en raison de leur enregistrement limité, et ils révèlent que les tendances principales et le renouvellement des plantes est caractérisé par de légers changements brusques, fournissant donc une vision plus réaliste concernant la dimension et l’amplitude des processus évolutifs et des schémas de diversifications observés dans le registre des plantes fossiles.

Mots clés: registre fossile ; schéma paléofloristique ; analyse de données paléontologiques ; évolution de plantes ; taxa singletons

Translator: Olivier Maridet

Deutsche Zusammenfassung

Die Auswirkung von Singletons und Interwalllänge bei der Interpretation von Diversitätstendenzen in der Paläobotanik

Verlässlichkeit und Bestimmung von potentiellen Datenverzerrungen sind zentrale Aspekte für eine präzise und stabile paläontologische Datenanalyse. Im letzten Jahrzehnt wurden ältere Konzepte über evolutionärer Prozesse und Muster revidiert angesichts neuer Methoden und Hypothesen. Zudem wurden neue mathematische Algorithmen entwickelt, um Evolution besser interpretieren zu können und um verschiedene, dem tierischen Fossilbeleg eigene Verzerrungen zu reduzieren. Diese neue globale Studie, die auf einem kompletten Überblick über den pflanzlichen Fossilbeleg basiert, nutzt Vergleiche mit zuvor aufgestellten paläofloristischen Mustern und verwendet einen Satz von Rückschrittsanalysen sowie kummulative und evolutionäre Analysen um den Einfluss von zwei wichtigen Variablen für die Inferenzmethoden zu messen: Die Rolle von Singleton – Taxa und die Dauer von Zeiteinheiten. Die Rückschrittsanalysen zeigen, dass die Dauer der benutzen Zeiteinheiten die Anzahl von Singletons auf Familienlevel wie wir sie uns vorstellen nicht verfälscht. Ebenso beeinträchtigt Dauer als Einzelfaktor weder die Maßnahme von taxonomischer Diversität noch beeinflusst sie die Darstellung der primären evolutionären Muster von Samenpflanzen. Die Analyse zeigt, dass die genutzten per-capita Entstehungs- und Aussterberaten globale Diversitätsmuster liefern, die die Auswirkungen der möglichen taxonomischen Probleme abschwächen und es werden Erhaltungstendenzen aufgezeigt, die in Zusammenhang mit der kontroversen Natur der Singleton Taxa und ihres eingeschränkten Datensatzes stehen. Die Analyse zeigt auch, dass die Haupttrends und Pflanzenfluktuation durch geringfügig abrupte Veränderungen gekennzeichnet sind. So wird eine realistischere Vorstellung der Ausmaße und Größenordnung der betrachteten evolutionären Prozesse und Diversifikationsmuster des pflanzlichen Fossilbelegs geliefert.

SCHLÜSSELWÖRTER: Fossilbeleg; paläofloristische Muster; paläontologische Datenanalyse; Pflanzenevolution; Singleton-Taxa

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski Abstrakt

EFEKT TAKSONÓW WZORCOWYCH ORAZ INTERWAŁÓW DŁUGOŚCI NA INTERPRETACJE TRENDÓW
ZRÓŻNICOWANIA PALEOBOTANICZNEGO ZAPISU KOPALNEGO

Wiarygodność oraz identyfikacja potencjalnych odchyleń są głównymi aspektami zapewniającymi dokładną, solidną analizę danych paleontologicznych. W ostatnim dziesięcioleciu starsze rozumienie procesu ewolucji i jego wzorców zostało poddane rewizji w świetle nowych metod oraz hipotez. Na dodatek, opracowano nowe algorytmy matematyczne służące do lepszej interpretacji ewolucji i redukcji kilku nieodłącznych odchyleń zapisu kopalnego z punktu widzenia świata zwierzęcego. Przedstawione w artykule tym nowe, globalne badanie, opierające się na przeglądzie zapisu kopalnego roślin, stosuje porównania z opracowanymi uprzednio wzorami paleoflorystycznymi oraz używa zestawu analiz regresji, akumulacji i ewolucji celem sprawdzenia dwóch istotnych zmiennych w metodach wnioskowania. Są to: rola taksonów wzorcowych oraz czas trwania jednostek czasowych. Analizy regresji ujawniły, iż czas trwania rozpatrywanych jednostek czasowych nie wpływa na nasz odbiór liczby taksonów wzorcowych na poziomie rodziny. Podobnie, czas trwania jako pojedynczy czynnik również nie wpływa na pomiary zróżnicowania taksonomicznego oraz na reprezentację głównych wzorów ewolucji roślin naczyniowych. Analiza wykazała, że stosowane tempa pojawiania się i wymierania z punktu widzenia poszczególnych jednostek dostarczają globalnych wzorów zróżnicowania, które zmniejszają efekt przypuszczalnych problemów taksonomicznych oraz odchyleń wynikających z jakości zapisu kopalnego związanych z kontrowersyjną naturą taksonów wzorcowych. Wynika to z ich ograniczonego zapisu kopalnego. Ujawniają one, iż główne trendy i wymiana szaty roślinnej charakteryzują się nieznacznymi, nagłymi zmianami, dostarczając tym samym bardziej wiarygodnego obrazu rozmiarów i ogromu obserwowanych procesów ewolucyjnych oraz wzorów różnicowania się z zapisu kopalnego roślin.

Słowa kluczowe: zapis kopalny, wzór paleoflorystyczny, analiza danych paleontologicznych, ewolucja roślin, takson wzorcowy

Translation: Dawid Mazurek and Robert Bronowicz