Los roedores más antiguos del Caribe

Ya estamos en enero, el primer mes del nuevo año y con el llega la primera edición del año de la revista científica Journal of Vertebrate Paleontology. En este ejemplar se han publicado muchos trabajos interesantes, incluyendo varios sobre mamíferos marinos, lo cual es un tema recurrente en este blog. Sin embargo, en esta entrada hablaremos de otros fósiles. En esa misma edición ha salidos publicado un trabajo donde mis colegas y yo describimos fósiles de roedores de Puerto Rico (Vélez-Juarbe et al., 2014). Estos fósiles son únicos ya que son la evidencia más antigua de roedores caviomorfos en las Antillas Mayores, y nos ayudan a entender el cuando llegaron los vertebrados terrestres a la región, lo cual ha sido tema de debate durante varias décadas.

Roedores fósiles de Puerto Rico
No es la primera vez que se encuentran fósiles de roedores en Puerto Rico. De hecho, es bien conocido que durante el Pleistoceno* en Puerto Rico, La Española, Cuba, Jamaica, y algunas de las Antillas Menores, habitaban distintos grupos de roedores endémicos, perezosos terrestres, monos, y musarañas (Woods y Sergile, 2001). Muchos de estos fósiles de mamíferos terrestres del Pleistoceno fueron descritos a principios del siglo pasado (e.g. Anthony, 1918), aunque han habido descubrimientos más recientes (Turvey et al., 2006). Algunos de los roedores fósiles que han sido descritos de estas islas eran gigantes, como por ejemplo, Amblyrhiza inundata de la isla de Anguila, la cual tenía una masa corporal similar a la de un oso negro americano (Biknevicious et al., 1993)!
*periodo geológico que comenzó hace 2.6 millones de años y duró hasta hace 10,000 años

Siendo más específico, durante el Pleistoceno, en Puerto Rico habitaban al menos tres especies de ratas espinosas (Heteropsominae), y posiblemente dos especies de hutías gigantes (Heptaxodontidae) (información adicional aquí). Un tercer grupo de roedores endémicos que existió durante el mismo tiempo, en incluso todavía habita algunas de las otras Antillas, eran las hutías capromíidas, pero hasta donde sabemos estas nunca habitaron Puerto Rico. Todos estos grupos de roedores pertenecer a un grupo taxonómico más grande llamados caviomorfos. Los caviomorfos son endémicos de Sur América; sus ancestros llegaron de África alrededor de 54 millones de años atrás (Antoine et al., 2012). Una vez llegan a Sur América, los caviomorfos se diversifican y se dispersan a través de todo el continente y el Caribe. Algo muy similar también ocurrió con los primates suramericanos (platirrinos) (Kay, 2014), los cuales tienen una historia casi tan antigua como los roedores caviomorfos.

Foto tomada a principios de enero cuando visité de nuevo la localidad de las Calizas Lares donde encontré el diente incisor.

Los nuevos fósiles de Puerto Rico consisten de un par de dientes incisores, uno proveniente de la Formación San Sebastián, y el otro de las Calizas Lares (ver foto arriba). Respectivamente, estas formaciones se depositaron durante las épocas geológicas conocidas como Oligoceno temprano (29.78-26.51 Ma) y Oligoceno tardío (26.51-24.73 Ma) (Ortega-Ariza et al., 2015). Cuando encontré los fósiles allá para el 2005, me comuniqué con Ross MacPhee, curador de mamíferos del Museo Americano de Historia Natural en Nueva York, y quien durante años ha tenido interés en los orígenes de la fauna terrestre de las Antillas Mayores. Basado en lo que ya conocíamos sobre el registro fósil de Puerto Rico, Ross y yo sospechábamos que estos dientes incisores pertenecían a un roedor caviomorfo. Sin embargo, teníamos un problema, como pueden observar en la foto abajo a la derecha, los incisores son muy sencillos, ya que carecen de las crestas, cúspides y valles que uno vería en un molar, esto nos hacía difícil el poder identificarlos usando solo sus características externas. Lo siguiente que se nos ocurrió fue tratar de ver la estructura microscópica (microestructura) del esmalte, esta si preserva características que nos podrían ayudar a identificar el diente y saber a que grupo de roedores pertenecía. Estudiar la estructura microscópica de los dientes toma varios pasos: hay que hacer un corte transversal del diente, pulir la superficie y finalmente, utilizando un microscopio electrónico de barrido, ver la microestructura del diente. Para llevar a cabo esta tarea decidimos contactar a Thomas Martin, paleontólogo de la Universidad de Bonn, en Alemania y quien es uno de los expertos en el estudio de microestructura de los dientes. Luego convencer a Thomas, le enviamos los fósiles, y luego de varios meses, nos envió un correo electrónico con detalles de los resultados.

A la izquierda una representación de como son los roedores caviomorfos mostrando la posición del diente incisor. A la derecha el diente incisor fósil de la Formación San Sebastián. Arriba, imagen de microscopio electrónico de barrido mostrando la estructura microscópicas del incisor (píquenle a la imagen para que la vean más grande).  

El correo que nos envió Thomas fue muy alentador. Después de todo, resultó que nuestros fósiles si pertenecían a roedores caviomorfos, confirmando lo que ya sospechábamos. Ahora que sabíamos a que tipo de roedor pertenecían los dientes, y su importancia respecto a los orígenes de la fauna antillana, deseábamos obtener edades más precisas para las localidades. Para esto me comuniqué con mi amiga y colega Diana Ortega-Ariza, candidata doctoral de la Universidad de Kansas. Diana hizo su maestría en el Departamento de Geología en la Universidad de Puerto Rico (mi alma mater) donde estudió las distintas unidades calizas del norte de la isla, incluyendo las Calizas Lares. Como parte de su estudio ella obtuvo edades radiométricas utilizando isótopos de estroncio* preservados en los tubos calcíticos que servían de hogar a el bivalvo Kuphus incrassatus, el cual es uno de los fósiles más comunes en rocas del Oligoceno y Mioceno. Los resultados de ese estudio isotópico revelaron que las Calizas Lares se depositaron entre 26.51-24.73 millones de años atrás durante una era geológica llamada Chattiano la cual es la subdivisión más joven del Oligoceno**. Esa edad la podíamos entonces utilizar para estimar que la Formación San Sebastián, la cual se encuentra debajo de la Lares, tiene una edad mayor de 26.51 millones de años, en otras palabras, que esa formación se depositó durante el Rupeliano, la cual es la subdivisión más antigua del Oligoceno.
*Este tipo de análisis funciona de forma similar al Carbono 14, con la ventaja que nos sirve para fechar fósiles más viejos. Las edades máximas que se pueden obtener con Carbono 14 son de 50,000 años, mientras que el estroncio nos sirve para calcular fechas de hasta cientos de millones de años.
**Todo el periodo Oligoceno duró entre 33.9-23.0 millones de años atrás y tiene dos subdivisiones Chattiano y Rupeliano.

Orígenes de los vertebrados terrestres de las Antillas Mayores
Charles Darwin nunca estuvo en las Antillas. Aún así, la fauna de la región no pasó desapercibida y este incluso escribió en uno de sus libros más populares Voyage of the Beagle que "El caracter suramericano de los mamíferos antillanos parece indicar que este archipiélago estuvo en algún momento unido al continente sureño, y que subsiguientemente ha sido un área de subsistencia." Darwin, al igual que muchos otros antes y después de el, tenía razón respecto al lugar de origen de los mamíferos terrestres de las Antillas. Sin embargo, una de las preguntas más debatidas no ha sido el donde, sino el cuando llegaron los ancestros de los vertebrados terrestres de las Antillas.

Por años, el debate se ha centrado en dos hipótesis: una propone que estos llegaron a la región mediante múltiples eventos de dispersión a lo largo de los últimos 60 millones de años (e.g. Hedges et al., 1992), la otra, que llegaron alrededor del mismo tiempo durante un solo evento de dispersión (e.g. MacPhee e Iturralde-Vinent, 1995). La hipótesis de GAARlandia* propone que entre el Eoceno tardío y Oligoceno temprano las islas de Cuba, Española, y Puerto Rico junto con la Cresta de Aves formaron un puente terrestre casi continuo que los unió con el norte de Sur América (vean la figura abajo). Este puente terrestre, aunque de poca duración - probablemente estuvo formado entre 37.8-28.1 millones de años atrás - sirvió como un corredor para la dispersión de vertebrados terrestres hacia las masas terrestres que más tarde pasarían a ser las Antillas Mayores (para un resumen detallado de la evidencia geológica vean Iturralde-Vinent y MacPhee [1999]). Esto significa que, idealmente, deberíamos encontrar fósiles de mamíferos terrestres en depósitos del Eoceno tardío-Oligoceno temprano que representen a los mismos grupos que conocemos del Pleistoceno.
*Greater Antillean Aves Ridge land (MacPhee e Iturralde-Vinent, 1995)

Figura 1 de nuestra publicación. Aquí mostramos las distintas localidades (A) en Sur América donde se encuentran roedores fósiles del Eoceno y Oligoceno junto con la localidad de Domo de Zaza (DZ) en Cuba donde se han encontrado roedores del Mioceno temprano. En la figura B vemos las localidades de Puerto Rico, Río Guatemala (RG) y Calizas Lares (LL). C muestra la reconstrucción paleogeográfica de la región del Caribe durante el Eoceno tardío-Oligoceno temprano. Durante este periodo Cuba, La Española y Puerto Rico estaban unidos a la Cresta de Aves formando un puente terrestre conectando con el norte de Sur América.

El registro fósil de la región no nos ha fallado y nos ha dado algunos fósiles que apoyan esta segunda hipótesis. Uno de los primero que se descubrieron fue parte de un fémur (hueso del muslo) de un perezoso terrestre (megaloniquido) en la Formación Juana Díaz, al suroeste de Puerto Rico, la cual se depositó alrededor de 31 millones de años atrás (MacPhee e Iturralde-Vinent, 1995). Los roedores que describimos en nuestro trabajo son similarmente antiguos, y juntos representan la evidencia más temprana de la presencia de perezosos terrestres y roedores caviomorfos en la región.

A lo largo del Mioceno se encuentran otros fósiles de vertebrados terrestres en la región de la Antillas Mayores, estos al igual que los del Oligoceno pertenecen a grupos que existieron durante el Pleistoceno. El Mioceno es el periodo geológico que le sigue al Oligoceno y que duró entre 23 a 5.3 millones de años. Estos fósiles del Mioceno incluyen perezosos terrestres, primates platirrinos, y hutías del Mioceno temprano de Cuba (MacPhee et al., 2003), una iguana y una boa del Mioceno medio de Puerto Rico (MacPhee y Wyss, 1990), al igual que varias especies de ranas, guecos y lagartijas del Mioceno medio de La Española (e.g. De Queiroz et al., 1998; Daza y Bauer, 2012). Como podrán notar la lista de fauna del Mioceno es más larga y diversa que la del Oligoceno. La ausencia de algunos de estos en los depósitos más antiguos se podría atribuir al registro fósil, el cual es imperfecto, ó podría ser una ausencia real, implicando que estos organismos llegaron más tarde durante otros eventos de dispersión luego de la fragmentación de GAARlandia (Dávalos, 2004). Por ejemplo, basándose en el registro fósil y relojes moleculares, se ha estimado que los primates platirrinos llegaron a la región durante el Mioceno temprano (Cooke et al., 2011; Kay, 2014). En comparación, el grupo de sapos endémicos de las Antillas Mayores, los cuales se les conoce con el nombre científico de Peltophryne (y es el grupo que incluye el sapo concho), tienen un registro fósil que solo se extiende al Cuatenario (Pregill, 1981). Sin embargo utilizando relojes moleculares se ha estimado que los sapos Peltophryne llegaron a la región caribeña mucho antes, durante el Eoceno tardío-Oligoceno temprano lo cual sería consistente con la hipótesis de GAARlandia (Alonso et al., 2012).

Así que como pueden ver, la evidencia que tenemos hasta ahora apunta a un origen más complicado de los vertebrados terrestres de las Antillas Mayores y parece que ambas hipótesis han jugado un rol en el origen de los mismos. Además, como mencionamos brevemente en nuestro trabajo, no todo tiene que haberse dispersado de Sur América a las Antillas. Por ejemplo, los gaviales gryposuquinos pudieron utilizar ese puente terrestre para dispersarse del Caribe a Sur América. Para lograr entender mejor esta complicada historia se necesita hacer más trabajo y más descubrimientos en la región. Trabajar en los trópicos no es fácil por la extensa vegetación y limitada exposición de las rocas, sin embargo, la recompensa es grande cuando se hacen descubrimientos como los que acabamos de publicar.


Referencias

Ali, J. R. 2012. Colonizing the Caribbean: is the GAARlandia land-bridge hypothesis gaining a foothold? Journal of Biogeography 39:431-433.

Alonso, R., A. J. Crawford, and E. Bermingham. 2012. Molecular phylogeny of an endemic radiation of Cuban toad (Bufonidae: Peltoprhyne based on mitochondrial and nuclear genes. Journal of Biogeography 39:434-451.

Anthony, H. E. 1918. The indigenous land mammals of Porto Rico, living and extinct. American Museum of Natural History, Memoirs 1(2):324-435.

Antoine, P.-O., L. Marivaux, D. A. Croft, G. Billet, M. Ganerod, C. Jaramillo, T. Martin, M. J. Orliac, J. Tejada, A. J. Altamirano, F. Duranthon, G. Fanjat, S. Rousse, and R. Salas Gismondi. 2012. Middle Eocene rodents from Peruvian Amazonia reveal the pattern and timing of caviomorph origins and biogeography. Proceedings of the Royal Society B 279:1319-1326.

Biknevicious, A. R., D. A. McFarlane, and R. D. E. MacPhee. 1993. Body size in Amblyrhiza inundata (Rodentia: Caviomorpha), an extinct megafaunal rodent from the Anguilla Bank, West Indies: estimates and implications. American Museum Novitates 3079:1-25.

Dávalos, L. M. 2004. Phylogeny and biogeography of Caribbean mammals. Biological Journal of the Linnean Society 81:373-394.

Daza, J. D., and A. M. Bauer. 2012. A new amber-embedded sphaerodactyl gecko from Hispaniola, with comments on morphological synapomorphies of the Sphaerodactylidae. Breviora 529:1-29.

De Queiroz, K., Ling-Ru Chu, and J. B. Losos. 1998. A second Anolis in Dominican amber and the systematics and ecological morphology of Dominican amber anoles. American Museum Novitates 3249:1-23.

Hedges, S. B., C. A. Hass, and L. R. Maxson. 1992. Caribbean biogeography: molecular evidence for dispersal in West Indian terrestrial vertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 89:1909-1913.

Iturralde-Vinent, M. A., and R. D. E. MacPhee. 1999. Paleogeography of the Caribbean region: implications for Cenozoic biogeography. Bulletin of the American Museum of Natural History 238:1-95.

Kay, R. F. 2014. Biogeography in deep time – what do phylogenetics, geology, and paleoclimate tell us about early platyrrhine evolution? Molecular Phylogenetics and Evolution In press.

MacPhee, R. D. E., and M. A. Iturralde-Vinent. 1995. Origins of the Greater Antillean land mammal fauna, 1: new Tertiary fossils from Cuba and Puerto Rico. American Museum Novitates 3141:1-31.

MacPhee, R. D. E., and A. R. Wyss. 1990. Oligo-Miocene vertebrates from Puerto Rico, with a catalog of localities. American Museum Novitates 2965:1-45. 

Ortega-Ariza, D., E. K. Franseen, H. Santos-Mercado, W. R. Ramírez-Martínez, and E. E. Core-Suárez. 2015. Strontium isotope stratigraphy for Oligocene-Miocene carbonate systems in Puerto Rico and the Dominican Republic: implications for Caribbean processes affecting depositional history. Journal of Geology 123:539-560.

Pregill, G. 1981. Late Pleistocene herpetofaunas from Puerto Rico. University of Kansas Museum of Natural History Miscellaneous Publication 71:1-72.

Turvey, S. T., F. V. Grady, and P. Rye. 2006. A new genus and species of ‘giant hutia’ (Tainotherium valei) from the Quaternary of Puerto Rico: an extinct arboreal quadruped? Journal of Zoology 270:585-594.

Velez-Juarbe, J., T. Martin, R. D. E. MacPhee, and D. Ortega-Ariza. 2014. The earliest Caribbean rodents: Oligocene caviomorphs from Puerto Rico. Journal of Vertebrate Paleontology 34:157-163.

Woods, C. A., and F. E. Sergile (eds.). 2001. Biogeography of the West Indies: Patterns and Perspectives, second edition. CRC Press, Boca Raton, Florida, 608 pp.