Descubrimiento Inesperado: Focas Monje en el Miocene del Pacífico Norte

El miércoles pasado (8 de mayo de 2019) acaba de ser publicado mi más reciente trabajo en la revista científica Biology Letters! En esta ocasión el trabajo fue realizado en colaboración con mi colega Ana Valenzuela-Toro, candidata doctoral del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad de California en Santa Cruz.

Foto de los dientes que describimos y la localidad donde se encontraron. Las siluetas representan el conjunto de mamíferos marinos descubiertos en la localidad. También se observa otras localidades donde se han descubierto focas monje del Mioceno de las Américas y la distribución de las focas monje actuales.

En nuestro artículo describimos un par de dientes, que quizás no parezcan mucho, pero tienen una historia muy interesante que contar. La primera vez que vimos los dientes, ambos inmediatamente los reconocimos como que eran de foca y no de otros pinípedos conocidos de California u otras partes del Pacífico Norte (por ejemplo, morsas y lobos marinos). Luego de comparaciones exhaustivas y estudio, determinamos que los dientes pertenecían específicamente a focas monje (Monachinae). Hoy día las focas monje son un grupo pequeño de focas que incluye, específicamente, la foca monje del mediterráneo (Monachus monachus), foca monje hawaiana (Neomonachus schauinslandi) y la foca monje caribeña (Neomonachus tropicalis). Si nunca habías escuchado de la foca monje caribeña, es porque esta especie, la cual como indica su nombre, vivía en la región del Caribe (incluyendo Puerto Rico) fue declarada extinta (oficialmente) en 2008, aunque ya hacía muchos años que había sido extirpada por los humanos. Sin embargo, las focas monje tienen un registro fósil que se extiende a más de 15 millones de años, y se conocen especies fósiles de la región del mediterráneo, Atlántico Norte, Argentina, Chile y Perú. Pero nunca antes habían sido encontradas en California.

Arriba: otras fotos mostrando los dientes de focas monje de California que describimos en nuestro trabajo.
Abajo: dientes de otras especies de focas monjes actuales y fósiles de las Américas.

Los dientes que describimos provienen de una localidad en el sur de California parte de la Formación Monterey, un depósito marino que se formó entre 14.9-7.1 millones de año atrás (Smith, 1960; Blake, 1991; Barron y Isaacs, 2001). Por medio del estudio de microfósiles colectados en esa localidad, se estima que el horizonte donde se encontraron los fósiles se depositó entre 8.5-7.1 millones de años atrás. Esto nos da una una edad bastante precisa y nos da una mejor idea de cuándo vivieron los fósiles que se encuentran en esa localidad específica.

Los fósiles de esta localidad se colectaron entre 1969 y 1982. Parte de la colecta se llevó a cabo de manera organizada y financiado por la National Geographic Society. Gracias a esto se pudo publicar un reporte inicial detallando cómo se formó el depósito y cómo se encontraron los fósiles (Barnes et al., 1985). Particularmente los fósiles que Ana y yo estudiamos se depositaron en un mismo horizonte, lo que en inglés llamaríamos como bonebed o capa de huesos. En ocasiones pasadas he escrito sobre capas de huesos, como la de Cerro Ballena en Chile y Sharktooth Hill en California. Las capas de huesos no proveen una idea bastante precisa de qué organismos vivían en un área durante un periodo relativamente preciso en la larga historia del planeta tierra. Esto quiere decir que las focas monje al igual que los otros mamíferos marinos que describimos vivían en esta parte del sur de California entre 8.5-7.1 millones de años atrás. Esto es significativo porque nos provee un dato relativamente preciso de como era parte de la fauna marina en ese tiempo, pero también resultó ser un descubrimiento sorprendente ya que nunca antes se habían descubierto fósiles de focas monje en esta parte del mundo! De hecho, hasta ahora el registro fósil de focas en el Pacífico Norte solo se remontaba a unos miles de años atrás, nuestro descubrimiento lo cambió a más de 7 millones de años!!

Mapa mostrando el posible origen del las focas monje californianas.

Este descubrimiento sorprendente nos llevó a comparar distintas faunas a través de las Américas y a formular dos hipótesis para explicar de dónde salieron los ancestros o parientes cercanos de nuestras focas monje californianas. Nuestra comparación nos llevó principalmente a depósitos del Mioceno tardío en Chile y Perú, los cuales Ana y yo conocemos bastante bien. Basándonos en similitudes entre las faunas de mamíferos marinos contemporáneas de Chile y Perú, una de nuestras hipótesis es que el origen de las focas monje californianas se encuentra en la costa del Pacífico de América del Sur. Sin embargo, no debemos olvidar que también se han encontrado focas monje en depósitos del Mioceno en la costa este de Norte América, y que hasta hace unas cuantas décadas había una foca monje en el Caribe. Tampoco debemos olvidar que el Paso Marino Centroamericano estuvo abierto hasta hace 3.5-3 millones de años atrás, uniendo el Mar Caribe con el Océano Pacífico (O'Dea et al., 2016). Esto quiere decir que un pariente extinto de las focas monjes hawaiana y caribeña pudo haber tenido una distribución más amplia y haber llegado hasta California, esto en parte, sería congruente con la hipótesis del origen de estas dos especies, aunque un poco antes de lo estimado (Fulton and Strobeck, 2010; School et al., 2014).

¡Esperemos que en el futuro se pueda descubrir material adicional de estas focas monjes californianas para conocerlas aún mejor!


Referencias

Barnes, L. G., S. A. McLeod, and R. E. Raschke. 1985. A late Miocene marine mammal vertebrate assemblage from Southern California. National Geographic Research Reports 21:13-20.

Barron, J. A., and C. M. Isaacs. 2001. Updated chronostratigraphic framework for the California Miocene. In The Monterey Formation-from rocks to molecules (eds. C. M. Isaacs, J. Rullkötter), pp. 393-395. New York, NY: Columbia University Press.

Blake, G. H. 1991. Review of the Neogene biostratigraphy and stratigraphy of the Los Angeles Basin and implications for basin evolution. AAPG Memoirs 52:135-184.

O'Dea, A., H. A. Lessios, A. G. coates, R. I. Eytan, S. A. Restrepo-Moreno, A. L. Cione, L. S. Collins, A. de Queiroz, D. W. Farriss, R. D. Norris, R. F. Stallard, M. O. Woodburne, O. Aguilera, M.-P. Aubry, W. A. Berggren, A. F. Budd, M. A. Cozzuol, S. E. Coppard, H. Duque-Caro, S. Finnegan, G. M. Gasparini, E. L. Grossman, K. G. Johnson, L. D. Keigwin, N. Knowlton, E. G. Leigh, J. S. Leonard-Pingel, P. B. Marko, N. D. Pyenson, P. G. Rachello-Dolmen, E. Soibelzon, L. Soibelson, J. A. Todd, G. J. Vermeig, and J. B. C. Jackson. 2016. Formation of the Isthmus of Panama. Science Advances 2016; 2:e1600883.

Fulton, T. L., and C. Strobeck. 2010. Multiple fossil calibrations, nuclear loci and mitochondrial genomes provide new insight into biogeography and divergence timing for true seals (Phocidae, Pinnipedia. Journal of Biogeography 37:814-829.

Scheel, D.-M., G. J. Slater, S.-O. Kolokotronis, C. W. Potter, D. S. Rotstein, K. Tsangaras, A. D. Greenwood, and K. M. Helgen. 2014. Biogeography and taxonomy of extinct and endangered monk seals illuminated by ancient DNA and skull morphology. Zookeys 409:1-33.

Smith, P. B. 1960. Foraminifera of the Monterey Shale and Puente Formation, Santa Ana Mountains and San Juan Capistrano Area, California. USGS Professional Papers 294:463-495.

Velez-Juarbe, J., and A. M. Valenzuela-Toro. 2019. Oldest record of monk seals from the North Pacific and biogeographic implications. Biology Letters 15:20190108.

¡Muerte Súbita en el Océano!

Hoy sale publicado en la revista científica Proceedings of the Royal Society B el trabajo titulado Repeated mass strandings of Miocene marine mammals from Atacama Region of Chile point to sudden death at sea (lo pueden bajar GRATIS). El mismo, es el resultado de un proyecto colaborativo entre investigadores nacionales e internacionales y donde se combina el uso de herramientas tradicionales de la paleontología con equipos y técnicas innovadoras para obtener datos tales como digitalización 3D y fotogrametría. En este trabajo tomamos un enfoque multidisciplinario para descubrir que le ocurrió a un grupo de vertebrados marinos que murieron al mismo tiempo y posteriormente fueron depositados y preservados en lo que fuese una planicie de marea en la costa del norte de Chile a finales del periodo Mioceno (entre 6-9 millones de años atrás). La localidad donde se hizo el estudio se le conoce como Cerro Ballena, la cual está localizada en la Región de Atacama (cerca del desierto más seco del mundo), y al norte del pueblo de Caldera (lugar que inspiró al autor de Condorito y donde se venden las mejores empanadas que he comido).

Vista desde el extremo sur de Cerro Ballena, desde aquí se puede observar el pueblo de Caldera y océano Pacífico. La Carretera que se ve es parte de la Autopista Panamericana.

Gracias a las fuerzas tectónicas que a través del tiempo han cambiado la costa occidental de América del Sur, Cerro Ballena se encuentra hoy día alejado de la costa y sobre el nivel del mar. Si "Cerro Ballena, Chile y cetáceos fósiles" les suena familiar en este blog, es porque hace casi dos años atrás fui parte de una expedición científica donde recolectamos datos para este trabajo (visiten las entradas anteriores sobre ese viaje aquí, aquí, aquí, aquí, y aquí).

El Descubrimiento
Previo a nuestro trabajo, ya se conocía sobre la existencia de fósiles en Cerro Ballena, por ende el nombre. Sin embargo, los fósiles que se encontraban allí no estaban completamente expuestos, por lo cual colectarlos para estudiarlos hubiera sido muy laborioso y costoso. Afortunadamente, durante los trabajos de ensanchamiento de la Autopista Panamericana, la cual pasa por la localidad, muchos de estos fósiles quedaron expuestos y se notó que estos sólo se encontraban en ciertas capas sedimentarias, todas pertenecientes a una formación geológica llamada Formación Bahía Inglesa. Al ser tan grande la cantidad de fósiles que quedaron expuestos tuvieron que detener el trabajo de ensanchamiento de la autopista para rescatar los mismos. Estos esfuerzos fueron liderados por un equipo de paleontólogos del Museo Paleontológico de Caldera, el Museo Nacional de Historia Natural de Chile y la Universidad de Chile, los cuales se encargaron de mapear la posición de cada fósil en su respectivo horizonte. Más tarde se unieron a ese esfuerzo los integrantes de la oficina de digitación 3D del Smithsonian quienes hicieron scans de los fósiles in situ para poder salvaguardar esa información ya que pasará mucho tiempo para que algunos de estos sean preparados y estudiados en detalle.

Algunas de las ballenas siendo preparadas para ser colectadas. Cada carpa negra indica la localización de una ballena. A la derecha Ana M. Valenzuela-Toro, una de las coautoras del trabajo junto al espécimen B33.

El equipo de digitación 3D del Smithsonian. Adam Metallo (izquierda) y Vincent Rossi (derecha) utilizan varias herramientas para escanear a la ballena B33. Gracias al scan se pueden hacer imágenes como la que utilicé arriba para el banner de este blog al igual que imprimir copias 3D del mismo.

Aquí las ballenas ya colectadas y guardadas en el Museo Paleontológico de Caldera. 

No es inusual encontrar fósiles de vertebrados marinos en esta parte del mundo, de hecho, más al norte en Perú se encuentra la Formación Pisco, la cual es similar en edad a la Formación Bahía Inglesa (ronda entre los 10-4 millones de edad) y es una de las formaciones geológicas más estudiadas y más conocidas por su diversidad de mamíferos marinos extintos. Sin embargo, Cerro Ballena es diferente a lo que se ha encontrado en la Pisco y estas diferencias son lo que hacen Cerro Ballena un lugar especial.

Miembros del Team Ballena tomando datos de los horizontes fosilíferos en Cerro Ballena.

El Misterio de Cerro Ballena
En Cerro Ballena logramos identificar cuatro horizontes fosilíferos. Cada horizonte contenía un conjunto de vertebrados marinos, siendo la atracción principal la presencia de esqueletos completos o casi completos de ballenas barbadas, algunas hasta de 8 metros (26 pies) de largo. Nuestras observaciones indicaban que lo que pasó en Cerro Ballena fueron varios eventos de varamiento masivo. Quizás ya hayan escuchado sobre varamiento masivos de mamíferos marinos, ya que es un fenómeno que generalmente capta la atención de lo medios noticiosos. De hecho, muchos de los los varamientos masivos que ocurren hoy día generalmente incluyen a los cetáceos dentados (odontocetos: delfines, marsopas, cachalotes, etc). Un causante principal de este tipo de varamiento resulta como efecto secundario del uso de sonar por las marinas de guerra. Sin embargo los eventos que ocurrieron en Cerro Ballena tomaron lugar millones de años atrás, cuando nuestros ancestros eran muy primitivos y ni siquiera habían salido de África, así que podemos descartar esa causa para lo que ocurrió allí. Lo peculiar de Cerro Ballena, es que junto con las ballenas barbadas también encontramos otros vertebrados marinos, incluyendo cachalotes, delfín-morsa, focas, perezosos acuáticos y marlines. Esta ocurrencia multi-taxonómica señala a algún otro tipo de mecanismo que afectó por igual a todos estos vertebrados marinos y causó su varamiento masivo. Afortunadamente (bueno, quizás no para los animales) varamientos masivos que incluyen distintos grupos de vertebrados marinos ocurren hoy día. Estudios detallados de este tipo de varamientos han determinado que los mismos ocurren por intoxicación causada por floración de algas nocivas (también conocidos como marea roja). Las mareas rojas son comunes en zonas de surgencia, y gracias a estudios previos, sabemos que la costas de Chile y Perú son zonas de surgencia desde hace millones de años. Esta peculiar localidad no solo nos permite una ventana al pasado y descubrir un ecosistema marino con organismos distintos a los que vemos hoy día, si no que también nos permitió descubrir que eventos de marea roja, muy similares a los que todavía observamos hoy día y que continúan afectando a los vertebrados marinos han estado ocurriendo durante millones de años. Incluso, podemos predecir que otros depósitos fosilíferos ricos en vertebrados marinos en zonas de turgencia, como por ejemplo la Formación Pisco en Perú, puede que hayan preservado eventos como los que descubrimos en Cerro Ballena.
Nuestro trabajo en Cerro Ballena aún no termina, todavía nos queda describir en detalle muchos de los organismos que vivieron, y murieron en la costa chilena hace millones de años atrás.

Para mayor información sobre nuestro proyecto visiten la página oficial de Cerro Ballena.

En la página de Smithsonian X 3D pueden ver parte los fósiles que fueron escaneados e incluso si tienes acceso a una impresora 3D, imprimir tu copia personal de los fósiles.

También visiten la página del Pyenson Lab donde encontrarán más fotos y entradas sobre las distintas expediciones a Chile.

Visiten también:
Not Exactly Rocket Science
Smithsonian Science
Smithsonian Magazine
Science Magazine
PhysOrg
BBC News
Washington Post

Referencia:

Pyenson, N. D., C. S. Gutstein, J. F. Parham, J. P. Le Roux, C. Carreño Chavarría, H. Little, A. Metallo, V. Rossi, A. M. Valenzuela-Toro, J. Velez-Juarbe, C. M. Santelli, D. Rubilar Rogers, M. A. Cozzuol, and M. E. Suárez. 2014. Repeated mass strandings of Miocene marine mammals from Atacama Region of Chile point to sudden death at sea. Proceedings of the Royal Society B [in press].

Answers to the mystery critter post

Congratulations to Ville Sinkkonen for guessing correctly the identity of the Marabou stork (Leptoptilos crumeniferus) and the genus of the mystery critter 2, which actually is the Hispaniolan solenodon (Solenodon paradoxus) (full pictures below). I must apologize for taking sooo long in posting the answers, but I’m also adding some interesting facts about this critters, enjoy!!

Marabou storks are scavengers, but will also consume frogs, fish and mice; when stalking prey they rely mainly on their vision, but if needed also by tactolocation (Kahl, 1966). One observation made by Kahl (1966), is that along with other birds, marabou storks will wait near brushfires for escaping or injured prey. The skulls of an interesting group of pterosaurs, the azhdarchids, has been likened to marabou storks and other terrestrial stalkers, which together with other morphological evidence has implication for their paleoecology (Witton & Naish, 2008). More on those interesting pterosaurs here.

In addition to Leptoptilos crumeniferus from sub-Saharan Africa, there are two other species known, Leptoptilos javanicus from South East Asia and L. dubius from South Asia. An extinct larger form, Leptoptilus falconeri, from the Pliocene of Africa and South Asia, stood up to about 2 meters and might have been more terrestrial (had proportionately slightly smaller wings) (Louchart et al. 2005). Other fossil species include L. titan from the Pleistocene of Java and L. richae from the Late Miocene of Tunisia, additional species that have been recognize in the past from Asia or Africa have been synonimized mainly with L. falconeri (Louchart et al. 2005). More recently, Noriega & Cladera (2008) described Leptoptilos patagonicus from the Late Miocene of Argentina. This South American record expands not only the range of the genus, but also of the tribe Leptoptilini (op. cit.). It wouldn’t be surprising if these turn out in similar or younger age deposits around western and/or northern South America.

            Now on to Solenodon. There are only two extant species of solenodons, Solenodon paradoxus and S. cubanus from Hispaniola and Cuba respectively. According to studies on gene sequences of these living species, they seem to have diverged about 76 million years ago from their common ancestor with other eulipotyphlan insectivores, whereas divergence between the two species seem to have occurred about 25 million years ago (Roca et al. 2004). An interesting aspect of the dentition of Solenodon paradoxus is that one of the lower incisors (I₂) has a groove on the lingual side (here), which in the living animal serves for injecting venom (McDowell, 1958). This makes S. paradoxus the only known living mammal with modified dentition for venom delivery. Although this could be used to infer similar adaptation in extinct mammals, caution should be taken when finding extinct mammals with grooved dentition, as the sole presence of a grooved canine or incisor should not be regarded as a definite indication of capabilities of injecting venom into victims (Folinsbee et al. 2007, Orr et al., 2007). If you’re interested in the cranial osteology Solenodon paradoxus there’s a recent publication, Wible (2008), which is very detailed and has very good illustrations.

The fossil record of Solenodon shows that there were at least two other species during the Pleistocene, S. marcanoi and S. arredondoi from Hispaniola and Cuba respectively (Patterson, 1962; Morgan & Ottenwalder, 1993). Older remains, consisting of part of an axial skeleton, were found embedded in amber from the Early to Middle Miocene La Toca Formation of the Dominican Republic; these were described as belonging to a small solenodontid insectivore by MacPhee & Grimaldi (1996).

Solenodon, was not the only insectivore living in the Caribbean region, there was also a closely related form that was found in Cuba, Hispaniola and Puerto Rico, these were the Nesophontes (McDowell, 1958), which will be the subject of a future post.

 

REFERENCES

Folinsbee, K. E., J. Müller & R. R. Reisz. 2007. Canine grooves: morphology, function, and relevance to venom. Journal of Vertebrate Paleontology 27(2):547-551.

Kahl, M. P. 1966. Comparative ethology of the Coconiidae. Part 1. The marabou stork, Leptoptilos crumeniferus (Lesson). Behaviour 27(1-2):76-106.

Louchart, A., P. Vignaud, A. Likius, M. Brunet & T. D. White. 2005. A large extinct marabou stork in African Pliocene hominid sites, and a review of the fossil species of Leptoptilos. Acta Palaeontologica Polonica 50(3):549-563.

MacPhee, R. D. E. & D. A. Grimaldi. 1996. Mammal bones in Dominican Amber. Nature 380:489-490.

McDowell, S. B., Jr. 1958. The Greater Antillean Insectivores. Bulletin of the American Museum of Natural History 115:113-214.

Morgan, G. S. & J. A. Ottenwalder. 1993. A new extinct species of Solenodon (Mammalia: Insectivora: Solenodontidae) from the Late Quaternary of Cuba. Annals of the Carnegie Museum 62(2):151-164.

Noriega, J. I. & G. Cladera. 2008. First record of an extinct marabou stork in the Neogene of South America. Acta Palaeontologica Polonica 53(4):593-600.

Orr, C. M., L. K. Delezene, J. E. Scott, M. W. Tocheri & G. T. Schwartz. 2007. The comparative method and the inference of venom-delivery systems in fossil mammals. Journal of Vertebrate Paleontology 27(2):541-546.

Patterson, B. 1962. An extinct solenodontid insectivore from Hispaniola. Breviora 165:1-11.

Roca, A. L., G. K. Bar-Gal, E. Eizirik, K. M. Helgen, R. Maria, M. S. Springer, S. J. O’Brien & W. J. Murphy. 2004. Mesozoic origin for West Indian insectivores. Nature 429: 649-651.

Wible, J. R. 2008. On the cranial osteology of the Hispaniolan Solenodon, Solenodon paradoxus Brandt, 1833 (Mammalia, Lipotyphla, Solenodontidae). Annals of the Carnegie Museum 77(3):321-402.

Witton, M. P. & D. Naish. 2008. A reappraisal of azhdarchid pterosaur functional morphology and paleoecology. PLoS ONE 3(5):1-16.

What’s wrong with the hands of Steller's sea cow

When talking about species driven to extinction in historic times we automatically think of the Dodo, Carolina Parakeet, Tasmanian tiger, Caribbean monk seal among others. We might as well think of the Steller’s sea cow, Hydrodamalis gigas (picture below of one of the specimens at the NMNH).

H. gigas was a sirenian (sea cows: manatees & dugongs) that lived in the northern Pacific until about 240 years ago. This was one of the largest sea cows that have lived, only surpassed by Hydrodamalis cuestae from the Late Pliocene of California, which is estimated to have reaches up to 9.03 meters (~30 feet!) whereas one of the H. gigas measured by Steller (the first person to describe live specimens) was about 7.51 meters (~25 feet) (Domning, 1978).

The picture below is of a mounted skeleton of H. gigas at the Museum National d’Histoire Naturelle in Paris. It is most likely specimen A.14516, which is the only mounted skeleton at the MNHNP (Mattioli & Domning, 2006). It is a nice mount, but there is something wrong with it……

Look at the hand/flipper, its huge, and very dugong or manatee like (see the more detailed picture below). You see, G. W. Steller was one of the few persons to give an account of H. gigas from observing live (or recently killed) specimens (and hence the name Steller’s sea cow). His description of the hand is significant because the morphology is unlike that of any other known sirenian (Steller, 1899). According to Steller’s description, the forelimb of H. gigas had no fingers, in fact he describes the ends of the limb as having a posteriorly oriented hook-like structure made up of, most likely, stratified squamous keratinized epithelium (thickened hardened skin). The habitat of H. gigas were shallow waters where feeding would have exposed them to higher wave action, therefore the loss of fingers as well as having a hardened pad or surface would have provided more traction when using the forelimbs as propulsion or stabilization in these shallower waters. Domning (1978) concluded from the osteology and inferred myology that additional forelimb adaptations are also present in H. gigas. These adaptations such as reduction of some muscles and modifications to the elbow joint, made the limb better suited for movement in a more parasagittal direction (Domning, 1978).

To sum it all up, Hydrodamalis gigas had no fingers, it also had other forelimb adaptations that permitted it to “walk” in shallow marine substrates when feeding. The Paris mount is nice, but wrong, in that it has huge flippers instead of fingerless stumps.

You can see the second part of this saga here!!

Domning, D. P. 1978. Sirenian evolution in the North Pacific Ocean. University of California Publications in Geological Sciences 118:1-176.

Mattioli, S. & D. P. Domning. 2006. An annotated list of extant skeletal material of Steller’s sea cow Hydrodamalis gigas (Sirenia: Dugongidae) from the Commander Islands. Aquatic Mammals 32:273-288.

Steller, G. W. 1899. The beasts of the sea. (Translated by W. and J. E. Miller); pp. 179-218 in D. S. Jordan (ed.), The fur seals and fur-seal islands of the North Pacific Ocean. Part 3, Article 8. Government Printing Office, Washington, DC.