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A fossil record of colonization and response of lacustrine fish populations to climate change

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Abstract:

To study fish species colonization and the response of populations to climate change, we reexamined a well-preserved late Pleistocene to early Holocene fossil fish assemblage from lake deposits on the Missouri Coteau, North Dakota. The fossil fishes in the assemblage include complete specimens of yellow perch (Perca flavescens), brassy minnow (Hybognathus hankinsoni), blacknose shiner (Notropis heterolepis), banded killifish (Fundulus diaphanus), and brook stickleback (Culaea inconstans). The sequence of colonization is explained by individual thermal and relative water velocity tolerances for each species. There are six peaks in fish abundance during approximately 1000 years, indicating a response to environmental perturbations. Charcoal deposition from fires is inferred to represent episodic droughts during which nutrient levels were reduced and fish abundance declined. The fluctuations follow an overall trend of increased fish abundance during a time when lake-marginal vegetation changed from a spruce to a deciduous forest in response to climatic warming. This study provides insight into the complex effects of a changing climate on fish populations and demonstrates the potential of using fossils to examine the long-term abundance patterns of contemporary fish species.

Nous avons examiné à nouveau une collection de poissons fossiles bien conservés datant de la fin du Pléistocène au début de l'Holocène et provenant de dépôts lacustres sur le coteau Missouri au Dakota du Nord afin d'étudier la colonization des espèces de poissons et la réaction des populations au changement climatique. Les poissons fossiles dans la collection comprennent des spécimens entiers de perchaudes (Perca flavescens), de ménés laiton (Hybognathus hankinsoni), de museaux noirs (Notropis heterolepis), de fondules barrés (Fundulus diaphanus) et d'épinoches à cinq épines (Culaea inconstans). La séquence de la colonization s'explique par les tolérances individuelles des espèces à la température et à la vitesse relative du courant. Il y a six maximums d'abondance des poissons sur une période d'environ 1000 ans qui correspondent à des réactions à des perturbations de l'environnement. Les dépôts de charbon de bois provenant de feux représentent, dans notre interprétation, des périodes de sécheresse répétées durant lesquelles les concentrations de nutriments et l'abondance des poissons diminuent. Les fluctuations suivent une tendance générale d'accroissement de l'abondance des poissons au moment où la végétation des rives lacustres a changé d'une forêt d'épinettes à une forêt décidue en réaction au réchauffement du climat. Notre étude fournit une perspective sur les effets complexes d'un climat changeant sur les populations de poissons et démontre le potentiel de l'étude des fossiles pour déterminer les patterns d'abondance de répartition à grande échelle des espèces contemporaines de poissons.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-10-01

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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