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Bite marks revisited – evidence for middle-to-late Eocene Basilosaurus isis predation on Dorudon atrox (both Cetacea, Basilosauridae)

Julia M. Fahlke

Plain Language Abstract

Basilosaurus isis is a large (16 m long) archaeocete whale that lived about 38 to 36.5 million years ago. Tooth shape and the wear on the teeth of B. isis indicate that it ate other animals. Fossil remains of B. isis are found in the same deposits in Egypt as those of the smaller (5 m long) archaeocete Dorudon atrox. Speculations exist on whether B. isis preyed on D. atrox, but even though bite marks on skulls of D. atrox calves are known, the producer of these bite marks could not be identified until now. In this study, these bite marks are reinvestigated and additional bone modifications are analyzed. New technology like computed tomography (CT) and three-dimensional (3D) surface reconstruction is used to match the bite marks on D. atrox skulls to the teeth of B. isis. Digital placement of D. atrox remains into the mouth of B. isis helps to draw conclusions on how B. isis captured its prey. The results show that B. isis approached D. atrox calves preferably from the left side to bite them across the head once or several times. It is also possible that B. isis drowned its prey and bit off pieces, a killing scenario that is frequently observed in modern killer whales. Scavenging might also be considered. There appear to be dietary differences between members of the genus Basilosaurus comparable to those seen in modern killer whales, and B. isis is the only archaeocete known to date that apparently ate other whales.

Resumen en Español

Nuevas marcas de mordeduras: evidencias de depredación de Basilosaurus isis sobre Dorudon atrox (ambos Cetacea, Basilosauridae) del Eoceno medio-superior

Los Basilosauridae fueron un grupo de cetáceos arqueocetos acuáticos, que en las formaciones Gehannam y Birket Qarun del Eoceno medio-superior (ca. 38-36.5 Ma) de Egipto está representado por dos especies: una de mayor tamaño, Basilosaurus isis, y otra más pequeña, Dorudon atrox. En estos depósitos marinos someros se han encontrado restos de ejemplares adultos y juveniles de Dorudon, pero sólo adultos de Basilosaurus. Marcas de mordeduras letales en cráneos juveniles de Dorudon sugieren que los ejemplares adultos de Basilosaurus invadían las áreas de cría de D. atrox para depredar sobre los ejemplares juveniles de esta especie. En este trabajo se investigan de nuevo marcas de mordeduras en ejemplares juveniles de D. atrox que ya habían sido descritas pero no se habían atribuido a ningún productor en particular y se analizan otras modificaciones de huesos. Mediante la aplicación de tomografía computarizada, escaneado digital de superficies y reconstrucciones tridimensionales, los ejemplares juveniles de D. atrox fueron colocados digitalmente en la boca de un adulto de B. isis. Las marcas de mordeduras coinciden con la dentición de B. isis. Además, las impresiones dejadas por réplicas de dientes de B. isis en arcilla de modelar se asemejan en forma y tamaño a las marcas de mordeduras en esos ejemplares juveniles de D. atrox. Así pues, B. isis fue probablemente un depredador que incluía crías de D. atrox en su dieta. La presa era capturada normalmente por un lado de la cabeza y, a veces, se ajustaba en la boca antes de asestar una mordedura más potente. También es posible que se diera carroñeo sobre cadáveres de crías de D. atrox por parte de B. isis. La dieta de Basilosaurus y las diferencias dietéticas dentro del género son similares a las conocidas en las orcas (Orcinus orca) actuales. B. isis es el único arqueoceto conocido hasta el momento que probablemente depredó sobre otros cetáceos.

PALABRAS CLAVE: cetáceos; arqueocetos; marcas de mordeduras; depredación; dieta; reconstrucción 3D

Traducción: Miguel Company

Résumé en Français

Révision de traces de morsures – preuves d'une prédation à l'Eocène moyen-supérieur de Basilosaurus isis sur Dorudon atrox (tous deux Cetacea, Basilosauridae)

Les Basilosauridae sont des baleines archéocètes entièrement aquatiques et cosmopolites, représentées dans l'Eocène moyen-supérieur des formations Gehannam et Birket Qarun d'Egypte (ca. 38-36,5 Ma) par le grand Basilosaurus isis et le plus petit Dorudon atrox. Des Dorudon adultes et juvéniles mais des Basilosaurus uniquement adultes ont été trouvés dans ces dépôt marin peu profonds. Des marques de morsures létales sur des crânes de Dorudon juvéniles ont suscité l'idée que des Basilosaurus adultes ont pénétré dans le domaine de vêlage de D. atrox pour chasser leurs jeunes. Toutefois il n'y a pas eu de preuve directe supportant cette idée. Dans cette étude, les traces de morsures sur les spécimens de D. atrox juvéniles qui ont été précédemment décrites mais pas assignées a un responsable particulier sont réétudiées, et des modifications d'un os supplémentaire sont analysées. Utilisant la tomographie assistée par ordinateur (CT), un scan numérique de la surface, et une reconstruction en trois dimensions (3D), les spécimens juvéniles de D. atrox ont été replacés virtuellement dans la bouche d'une B. isis adulte. Les traces de morsures correspondent à la dentition de B. isis. Des empruntes de moulages de dents de B. isis dans de l'argile ressemblent par ailleurs aux traces de morsures sur ces spécimens de D. atrox, tant par la forme que par la taille. B. isis était un prédateur probable incluant des D. atrox juvéniles dans son alimentation. Les proies étaient principalement capturées à partir d'une position latérale visan la tête et parfois ajustées dans la bouche avant une morsure plus puissante. Du charognage de B. isis sur des baleineaux de D. atrox est également possible. L'alimentation de Basilosaurus et les différences alimentaires au sein du genre ressemblent à celles connues chez les orques actuels (Orcinus orca). B. isis est à ce jour le seul archéocète connu ayant probablement chassé d'autres cétacées.

Mots clés: baleine; archéocète; traces de morsures; prédation; alimentation; reconstruction 3D

Translator: Olivier Maridet

Deutsche Zusammenfassung

Bissspuren neu untersucht – Basilosaurus isis jagte Dorudon atrox (beide Cetacea, Basilosauridae; mittleres bis spätes Eozän)

Basilosauriden sind archaeocete Wale mit einer weiten Verbreitung, die in den mittel- bis späteozänen Gehannam- und Birket Qarun-Formationen Ägyptens (ca. 38-36.5 Ma) mit dem größeren Basilosaurus isis und dem kleineren Dorudon atrox vertreten waren. Von D. atrox sind aus diesen flachmarinen Ablagerungen adulte und juvenile Tiere bekannt, während von B. isis ausschließlich adulte Individuen gefunden wurden. Tödliche Bissspuren an Schädeln von Dorudon-Jungtieren haben zu Spekulationen darüber geführt, ob Basilosaurus möglicherweise ins Flachwasser vordrang, um Jagd auf neugeborene D. atrox zu machen. Bislang gab es jedoch keine direkten Hinweise, die diese Idee bestätigen konnten. In der vorliegenden Arbeit werden Bissspuren an Stücken juveniler D. atrox neu untersucht, die zwar zuvor beschrieben, jedoch nicht eindeutig einem Verursacher zugeordnet wurden, und weitere Knochenveränderungen werden in die Studie einbezogen. Unter Anwendung von Computertomographie (CT), digitalen Oberflächenscans und dreidimensionaler (3D) Rekonstruktion werden die Überreste der juvenilen D. atrox digital in das Maul eines adulten B. isis platziert. Ergebnisse zeigen, dass die Bissspuren zur Bezahnung von B. isis passen. Abdrücke von Zahnabgüssen von B. isis in Plastilin gleichen außerdem den Bissspuren in Größe und Form. B. isis war wahrscheinlich ein Raubtier, das sich unter anderem von D. atrox-Jungtieren ernährte. Es ist auch möglich, dass B. isis von D. atrox-Kadavern fraß. Die Ernährung von Basilosaurus und Ernährungsunterschiede innerhalb der Gattung erinnern an den modernen Killerwal (Orcinus orca). B. isis ist der einzige bisher bekannte archaeocete Wal, der möglicherweise Jagd auf andere Wale machte.

SCHLÜSSELWÖRTER: Wale; Archaeoceti; Bissspuren; Prädation; Ernährung; 3D-Rekonstruktion

Translators: Author

Arabic

341 arab

Translator: Ashraf M.T. Elewa

 

 

FIGURE 1. Cranial remains of juvenile Dorudon atrox with bone modifications. 1.1, UM 94814 in dorsal view; 1.2, same, close-up of frontal shield with bone modifications; 1.3, UM 100139 in dorsal view; 1.4, same in ventral view; 1.5, UM 94811 in dorsal view; 1.6, UM 100142 in dorsal view. Scale bar equals 5 cm in 1.1 and 1.3-1.6. Scale bar equals 2 cm in 1.2.

 figure 1

FIGURE 2. Comparative tooth marks of Basilosaurus isis. Imprints in modeling clay created using polyester casts of the upper teeth of specimen WH-74. Scale bar equals 5 cm.

 figure 2

FIGURE 3. Placement of 3D digital surface model of juvenile Dorudon atrox specimen UM 94814 (blue) into the mouth of an adult Basilosaurus isis (reconstruction of WH-74, gray). 3.1, best fit of teeth to bone modifications in frontal view; 3.2, same in right lateral view; 3.3, same after readjustment in the mouth in right lateral view. Directions are given with respect to the skull of B. isis; bone modifications are highlighted in red.

 figure 3

FIGURE 4. Placement of 3D digital surface model of juvenile Dorudon atrox specimen UM 100139 (blue) into the mouth of an adult Basilosaurus isis (reconstruction of WH-74, gray). 4.1, best fit of teeth to bone modifications in frontal view; 4.2, same in left lateral view; 4.3, possible decapitation position of UM 100139 in frontal view; 4.4, same in ventral view. Directions are given with respect to the skull of B. isis; bone modifications are highlighted in red.

 figure 4

FIGURE 5. Placement of 3D digital surface model of juvenile Dorudon atrox specimen UM 94811 (blue) into the mouth of an adult Basilosaurus isis (reconstruction of WH-74, gray). 5.1, best fit of teeth to bone modifications in frontal view; 5.2, same in left lateral view. Directions are given with respect to the skull of B. isis; bone modifications are highlighted in red.

 figure 5

FIGURE 6. Placement of 3D digital surface model of juvenile Dorudon atrox specimen UM 100142 (blue) into the mouth of an adult Basilosaurus isis (reconstruction of WH-74, gray). 6.1, best fit of teeth to bone modifications in frontal view; 6.2, same in left lateral view; 6.3, same in right lateral view. Directions are given with respect to the skull of B. isis; bone modifications are highlighted in red.

 figure 6

FIGURE 7. Crania of adult Basilosaurus isis and adult Dorudon atrox drawn to scale, with measurements of distances between teeth (in mm). Skull length of B. isis is approximately 113 cm; skull length of D. atrox is approximately 95 cm. The drawing and measurements of B. isis are based on WH-74; D. atrox is redrawn and mirrored after Uhen (2004), with measurements of UM 101222.

figure 7

 

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
authorMuseum für Naturkunde, Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung
Invalidenstraße 43
D-10115 Berlin
Germany

Julia M. Fahlke is a Feodor Lynen Postdoctoral Research Fellow at the Museum für Naturkunde in Berlin, Germany. She is interested in general functional morphology of extinct mammals, especially morphological changes during cetacean evolution, in applications of computed tomography (CT) and three-dimensional (3D) reconstruction in paleontological analyses, and in reconstruction of paleodiets of extinct mammals. Her current projects are focused on diet and feeding in archaeocete whales, and on cranial morphology of archaeocete and fossil mysticete whales, including the development and significance of cranial asymmetry.