Опыт применения изотопного анализа хитина насекомых и пресноводных ракообразных из четвертичных отложений и реконструкции природной обстановки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые был проведен анализ изотопного состава хитина (по углероду и азоту) для наземных и водных плейстоценовых членистоногих из местонахождения Олд Кроу на северо-западе Юкона, охватывающего слои от среднего плейстоцена до голоцена. Среди ископаемых было проанализировано около сотни фрагментов долгоносиков Lepidophorus lineaticollis (Coleoptera, Curculionidae), некоторых жужелиц (Coleoptera, Carabidae), а также остатки пресноводных ракообразных – эфиппиумы Daphnia cf. pulex (Branchiopoda, Daphniidae). Распределение изотопов показывает различия между наземными и пресноводными организмами. Если динамика изотопного состава эфиппиумов пресноводных ракообразных имеет некий долговременный тренд, который может быть объяснен общими климатическими трендами и изменениями ландшафта, то надкрылья растительноядных жуков показывают более сложную динамику, возможно, осложненную локальными флуктуациями, связанными с заселением ими разных биотопов и использованием разных пищевых ресурсов в разные фазы плейстоцена.

Об авторах

Е. И. Изюмова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Email: svkuz@yandex.ru
Россия, Москва, 119071

С. А. Кузьмина

Палеонтологический институт РАН им. А.А. Борисяка

Автор, ответственный за переписку.
Email: svkuz@yandex.ru
Россия, Москва, 117647

Д. С. Копылов

Палеонтологический институт РАН им. А.А. Борисяка; Череповецкий государственный университет

Email: svkuz@yandex.ru
Россия, Москва, 117647; Череповец, 162600

А. В. Чабовский

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Email: svkuz@yandex.ru
Россия, Москва, 119071

А. В. Тиунов

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Email: svkuz@yandex.ru
Россия, Москва, 119071

А. А. Котов

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Email: svkuz@yandex.ru
Россия, Москва, 119071

Список литературы

  1. Берман Д.И., Алфимов А.В., Мажитова Г.Г. и др. Холодные степи Северо-Восточной Азии. Магадан: ИБПС ДВО РАН, 2001. 179 с.
  2. Кузьмина С.А. Макроэнтомологический анализ: методика, возможности и примеры применения для реконструкции климата и природной обстановки четвертичного периода северо-востока Сибири // Сибирский экол. журн. 2017. № 4. С. 381–398.
  3. Кузьмина С.А. Региональные списки насекомых, ископаемая летопись и история происхождения энтомофауны (на примере бассейна реки Олд Кроу, северо-западный Юкон, Канада) // Энтомол. обозрение. 2022. Т. 101. № 2. С. 353–374.
  4. Тиунов А.В. Стабильные изотопы углерода и азота в почвенно-экологических исследованиях // Изв. РАН. Сер. биол. 2007. Т. 4. С. 475–489.
  5. Berggren M., Bergström A.-K., Karlsson J. Intraspecific autochthonous and allochthonous resource use by zooplankton in a Humic Lake during the transitions between winter, summer and fall // PLoS ONE. 2015. V. 10. № 3. P. e0120575.
  6. Berggren M., Ziegler S.E., St-Gelais N.F. et al. Contrasting patterns of allochthony among three major groups of crustacean zooplankton in boreal and temperate lakes // Ecology. 2014. V. 95. № 7. P. 1947–1959.
  7. Bocherens H. Isotopic biogeochemistry and the palaeoecology of the Mammoth steppe fauna // Deinsea. 2003. V. 9. № 1. P. 57–76.
  8. Burgess S.D., Coble M.A., Vazquez J.A. et al. On the eruption age and provenance of the Old Crow tephra // Quatern. Sci. Rev. 2019. V. 207. P. 64–79.
  9. Clark I.D., Fontes J.-C. Paleoclimatic reconstruction in northern Oman based on carbonates from hyperalkaline groundwaters // Quatern. Res. 1990. V. 33. № 3. P. 320–336.
  10. Drucker D.G. The isotopic ecology of the Mammoth steppe // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2022. V. 50. № 1. P. 395–418.
  11. Elias S.A. Quaternary insects and their environments. Washington, L.: Smithson. Inst. Press, 1994. 294 p.
  12. Elias S.A. Quaternary beetle research: the state of the art // Quatern. Sci. Rev. 2006. V. 25. № 15. P. 1731–1737.
  13. Elliott Smith E.A., Braje T.J., Gobalet K.W. et al. Archaeological and stable isotope data reveal patterns of fishing across the food web on California’s Channel Islands // The Holocene. 2023. V. 33. № 4. P. 446–458.
  14. Fox-Dobbs K., Leonard J.A., Koch P.L. Pleistocene megafauna from eastern Beringia: Paleoecological and paleoenvironmental interpretations of stable carbon and nitrogen isotope and radiocarbon records // Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. 2008. V. 261. № 1. P. 30–46.
  15. France R.L., Schlaepfer M.A. 13C and 15N depletion in components of a foodweb from an ephemeral boreal wetland compared to boreal lakes: putative evidence for microbial processes // Hydrobiologia. 2000. V. 439. № 1. P. 1–6.
  16. González-Guarda E., Domingo L., Tornero C. et al. Late Pleistocene ecological, environmental and climatic reconstruction based on megafauna stable isotopes from northwestern Chilean Patagonia // Quatern. Sci. Rev. 2017. V. 170. P. 188–202.
  17. Grosbois G., Vachon D., Del Giorgio P.A. et al. Efficiency of crustacean zooplankton in transferring allochthonous carbon in a boreal lake // Ecology. 2020. V. 101. № 6. P. e03013.
  18. Groß-Schmölders M., Sengbusch P.V., Leifeld J. et al. 13C and 15N as indictors for peatland hydrology // Geophys. Res. Abstr. 2019. V. 21. EGU2019-12247.
  19. Grossman E.L., Joachimski M.M. Oxygen isotope stratigraphy // Geologic Time Scale. V. 1. Elsevier, 2020. P. 279–307.
  20. Gu B., Schelske C.L., Brenner M. Relationship between sediment and plankton isotope ratios (δ 13 C and δ 15 N) and primary productivity in Florida lakes // Canad. J. of Fisheries and Aquatic Sci. 1996. V. 53. № 4. P. 875–883.
  21. Harington C.R. Quaternary Vertebrate Faunas of Canada and Alaska and Their Suggested Chronological Sequence. National Museums of Canada. Ottawa: Syllogeus, 1978. 114 p.
  22. Hodgins G.W.L., Thorpe J.L., Coope G.R. et al. Protocol development for purification and characterization of sub-fossil insect chitin for stable isotopic analysis and radiocarbon dating // Radiocarbon. 2001. V. 43. № 2A. P. 199–208.
  23. Hyodo F. Use of stable carbon and nitrogen isotopes in insect trophic ecology // Entomol. Sci. 2015. V. 18. № 3. P. 295–312.
  24. Kiselev S.V., Nazarov V.I. Late Cenozoic insects of northern Eurasia // Paleontol. J. 2009. V. 43. № 7. P. 723–850.
  25. Korobushkin D.I., Gongalsky K.B., Tiunov A.V. Isotopic niche (δ 13 С and δ 15 N values) of soil macrofauna in temperate forests // Rapid Commun. in Mass Spectrometry. 2014. V. 28. № 11. P. 1303–1311.
  26. Kotov A.A., Kuzmina S.A., Frolova L.A. et al. Ephippia of the Daphniidae (Branchiopoda: Cladocera) in Late Caenozoic deposits: untapped source of information for palaeoenvironment reconstructions in the Northern Holarctic // Invertebr. Zool. 2019. V. 16. № 1. P. 183–199.
  27. Kuzmina S.A. Quaternary insects and environment of northeastern Asia // Paleontol. J. 2015. V. 49. № 7. P. 679–867.
  28. Kuzmina S.A., Froese D.G., Jensen B.J.L. et al. Middle Pleistocene (MIS 7) to Holocene fossil insect assemblages from the Old Crow basin, northern Yukon, Canada // Quatern. Intern. 2014. V. 341. P. 216–242.
  29. Lischke B., Mehner T., Hilt S. et al. Benthic carbon is inefficiently transferred in the food webs of two eutrophic shallow lakes // Freshwater Biol. 2017. V. 62. № 10. P. 1693–1706.
  30. Matthews J.V. Insects and plant macrofossils from two Quaternary exposures in the Old Crow-Porcupine Region, Yukon Territory, Canada // Arctic and Alpine Res. 1975. V. 7. № 3. P. 249–259.
  31. Matthews J.V. A method for comparison of northern fossil insect assemblages // Géograph. physique et Quatern. 2007. V. 37. № 3. P. 297–306.
  32. Matthews J.V., Telka A. Insect fossils from the Yukon // Insects of the Yukon. Biological Survey of Canada, 1997. P. 911–962.
  33. Matthews J.V., Telka A., Kuzmina S.A. Late Neogene insect and other invertebrate fossils from Alaska and Arctic/Subarctic Canada // Invertebr. Zool. 2019. V. 16. № 1. P. 126–153.
  34. Michener R.H., Lajtha K. Stable isotopes in ecology and environmental science. 2nd ed. Malden, Mass.: Blackwell, 2008. 566 p.
  35. Miller R.F., Voss-Foucart M.-F., Toussaint C. et al. Chitin preservation in Quaternary Coleoptera: preliminary results // Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. 1993. V. 103. № 3–4. P. 133–140.
  36. Morlan R.E. Late and middle Pleistocene vertebrate fossils from Old Crow Basin, Locality CRH 15, northern Yukon Territory // Palaeoecology and Palaeoenvironments of Late Cenozoic Mammals. Toronto: Univ. Toronto Press, 1996. P. 483–521.
  37. Neretina A.N., Gololobova M.A., Neplyukhina A.A. et al. Crustacean remains from the Yuka mammoth raise questions about non-analogue freshwater communities in the Beringian region during the Pleistocene // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 859.
  38. Pillans B., Naish T. Defining the Quaternary // Quatern. Sci. Rev. 2004. V. 23. № 23–24. P. 2271–2282.
  39. Post D.M. Using stable isotopes to estimate trophic position: Models, methods, and assumptions // Ecology. 2002. V. 83. № 3. P. 703–718.
  40. Preece S.J., Pearce N.J.G., Westgate J.A. et al. Old Crow tephra across eastern Beringia: a single cataclysmic eruption at the close of Marine Isotope Stage 6 // Quatern. Sci. Rev. 2011. V. 30. № 17–18. P. 2069–2090.
  41. Quinby B.M., Creighton J.C., Flaherty E.A. Stable isotope ecology in insects: a review // Ecol. Entomol. 2020. V. 45. № 6. P. 1231–1246.
  42. R Core Team. The R Project for Statistical Computing. 2024. https://www.R-project.org/ (accessed on 02 February 2024).
  43. Schilder J., Tellenbach C., Möst M. et al. The stable isotopic composition of Daphnia ephippia reflects changes in 13C and 18O values of food and water // Biogeosciences. 2015. V. 12. № 12. P. 3819–3830.
  44. Schimmelmann A., DeNiro M.J., Poulicek M. et al. Stable isotopic composition of chitin from arthropods recovered in archaeological contexts as palaeoenvironmental indicators // J. Archaeol. Sci. 1986. V. 13. № 6. P. 553–566.
  45. Schweger C.E. The Old Crow and Bluefish basins, Northern Yukon: Development of the Quaternary history // Late Cenozoic History of the Interior Basins of Alaska and the Yukon. U.S. Geol. Surv. 1989. Circ. 1026. P. 30–33.
  46. Schweger C.E., Matthews J.V. The last (Koy-Yukon) interglaciation in the Yukon: Comparisons with Holocene and interstadial pollen records // Quatern. Intern. 1991. V. 10–12. P. 85–94.
  47. Sena‐Souza J.P., Houlton B.Z., Martinelli L.A., Bielefeld Nardoto G. Reconstructing continental‐scale variation in soil  15 N: a machine learning approach in South America // Ecosphere. 2020. V. 11. № 8. P. e03223.
  48. Toming K., Tuvikene L., Vilbaste S. et al. Contributions of autochthonous and allochthonous sources to dissolved organic matter in a large, shallow, eutrophic lake with a highly calcareous catchment // Limnol. & Oceanogr. 2013. V. 58. № 4. P. 1259–1270.
  49. Van Hardenbroek M., Chakraborty A., Davies K.L. et al. The stable isotope composition of organic and inorganic fossils in lake sediment records: Current understanding, challenges, and future directions // Quatern. Sci. Rev. 2018. V. 196. P. 154–176.
  50. Wang R.L., Scarpitta S.C., Zhang S.C. et al. Later Pleistocene/Holocene climate conditions of Qinghai–Xizhang Plateau (Tibet) based on carbon and oxygen stable isotopes of Zabuye Lake sediments // Earth Planet. Sci. Letters. 2002. V. 203. № 1. P. 461–477.
  51. Zachleder V., Vítová M., Hlavová M. et al. Stable isotope compounds – production, detection, and application // Biotechnol. Advances. 2018. V. 36. № 3. P. 784–797.
  52. Zalewski M., Dudek D., Godeau J.-F. et al. Stable isotopic research on ground beetles. Review of methods // Baltic J. Coleopterol. 2012. V. 12. P. 91–98.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025