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Diversification of rocky-shore biotas through geologic time

1999; Elsevier BV; Volume: 32; Issue: 2 Linguagem: Francês

10.1016/s0016-6995(99)80040-0

1777-5728

Markes E. Johnson, B. Gudveig Baarli,

Cephalopods and Marine Biology

Changes in biodiversity of rocky-shore ecosystems from the early Precambrian (3,500 Ma) to the last interglacial epoch (125 Ka) are summarized on the basis of the fossil record associated with geological unconformities that reflect coastal paleotopography. This analysis is derived from data reported in 130 published papers culled and updated from previous bibliographic reviews. Minimum total diversity of fossil and extant species treated herein is 655 species. The highest biodiversity from any single locality is a mollusk-dominated biota of 62 species from San Nicolas Island on the Pacific coast of North America dating from the last interglacial epoch. Diversification was affected by mass extinctions, as rocky-shore ecosystems expanded and contracted through a combination of species attributed to Archaic, Paleozoic, Mesozoic, and/or Modern biotas. Stromatolites dominated Precambrian rocky shores, but continued as the principal Archaic biota through to the Miocene. The Paleozoic rocky-shore biota is characterized by encrusting inarticulate brachiopods, tabulate corals, and polyplacophorans, as well as ichnofossils representative of boring sipunculid worms (ichnogenus Trypanites)) and acrothoracican barnacles (ichnogenus Zapfella)). Boring bivalves (ichnogenus Gastrochaenolites)), encrusting bivalves (including oysters and rudists), scleractinian corals, and coralline red algae, as well as terebratulid brachiopods, are typical of an enhanced Mesozoic rocky-shore biota. The much expanded biodiversity of the Modern rocky-shore biota is demonstrated by clinging but mobile gastropods, fixed bivalves that adopted byssate and wedging habits, and by balanomorph barnacles. Adaptive innovations played critical roles in the long-term colonization of rocky-shore substrates, but the primary force behind the expansion of rocky-shore ecosystems through geologic time was selective biotic displacement from offshore low-energy to onshore high-energy settings. Rocky coastlines subjected to strong and persistent wave shock are effective "safe places" where species living in the intertidal zone often find refuge from predators and other competitors. This thesis is tested by checking the offshore origins of successful rocky-shore groups including barnacles, bivalves, corals, and coralline red algae. Concepts of keystone species and ecological locking in ancient rocky-shore ecosystems are explored. Latitudinal gradients and other geographic relationships among Pleistocene rocky-shore groups are commensurate with the Recent record, but only vaguely apparent for groups dating from earlier periods such as the Cretaceous. Time intervals for which even the most rudimentary data on rocky-shore biotas are most sparse include the Paleocene, Triassic, and the Devonian. Les changements dans la biodiversité des écosystèmes des côtes rocheuses, du début du Précambrien (3 500 Ma) jusqu'à la dernière époque interglaciaire (125 Ka), sont examinés d'après les fossiles associés à des discontinuités continuités géologiques qui reflètent la paléotopographie des côtes. Cette analyse est réalisée à l'aide de données publiées dans 130 revues, sélectionnées et actualisées par des révisions bibliographiques antérieures. La diversité totale minimum d'espèces fossiles et actuelles traitées ici est de 655. La plus grande biodiversité dans une seule localité est celle d'un biota de 62 espèces, dominé par les mollusques, située sur l'île de San Nicolas sur la côte pacifique nord-américaine et datant de la dernière époque interglaciaire. La diversification a été influencée par des extinctions en masse tandis que les écosystèmes des côtes rocheuses se sont étendus et rétractés par le jeu de combinaisons d'espèces attribuées à des biotas archaïques, paléozoïques, mésozoïques, et/ou modernes. Les stromatolites ont dominé les côtes rocheuses au Précambrien mais sont restés le biota archaïque principal jusqu'au Miocène. Le biota paléozoïque de ces côtes est caractérisé par des brachiopodes inarticulés encroûtants, des tabulés et des polyplacophores, ainsi que par des ichnofossiles de vers et de sipunculides perforants (ichnogenre Trypanites)) et de ciripèdes acrothoraciques. Les bivalves perforants (ichnogenre Gastrochaenolites)), les bivalves encroûtants (comprenant les huîtres et les rudistes), les coraux scléractiniaires et les algues rouges calcaires ainsi que les brachiopodes térébratulides sont typiques du biote des côtes rocheuses plus important du Mésozoïque. La plus grande biodiversité du biota moderne de ces côtes est dominée par des gastéropodes se fixant mais mobiles, des bivalves fixés (à byssus) et fouisseurs, et par des bernacles balanomorphes. Les innovations adaptatives ont joué un rôle critique dans la colonisation à long terme des substrats des côtes rocheuses mais le facteur principal qui a provoqué l'expansion des écosystèmes sur celles-ci à travers les temps géologiques fut le déplacement sélectif des biotas de sites offshore de basse énergie à des sites onshore de haute énergie. Les littoraux rocheux exposés à des chocs de vagues puissants et continus sont des endroits favorables pour les espèces vivant dans les zones intertidales car elles y trouvent souvent refuge contre les prédateurs et autres compétiteurs. Cette hypothèse est testée en vérifiant les origines offshore des groupes à succés des côtes rocheuses, y compris bernacles, bivalves, coraux et algues rouges calcaires. Les concepts d'espèces-pivots et de fermetures écologiques dans les écosystèmes des côtes rocheuses sont examinés. Les gradients latitudinaux et les autres relations géographiques entre les groupes pléistocènes des côtes rocheuses sont comparables au registre récent, mais difficilement décelables pour les groupes datant de périodes plus anciennes comme le Crétacé. Les intervalles de temps pour lesquels des données, même indigentes, sur les biotas des côtes rocheuses sont les plus rares, correspondent au Paléocène, au Trias et au Dévonien.