Dental ecomorphology and macroevolutionary patterns of North American Late Cretaceous metatherians
Plain Language Abstract
Metatherian mammals (the group of mammals that includes living marsupials and their closest relatives) were species rich and evolutionarily successful during the Late Cretaceous (ca. 100–66 million years ago). Theoretical models and empirical data indicate taxonomic radiation is often accompanied by ecomorphological diversification, but this has not been explicitly demonstrated for metatherian mammals of the Late Cretaceous. Previous studies have noted that Late Cretaceous metatherians were more ecologically diverse than previously recognized, but studies using three-dimensional shape data within a broad phylogenetic context are lacking. We examined the three-dimensional tooth morphology of Late Cretaceous metatherians to infer diet in these fossil taxa, quantify dental morphological diversity and disparity of these metatherians, and evaluate the resulting patterns of ecomorphological diversity and disparity through time relative to corresponding patterns of taxonomic richness. We found that dental disparity and dietary diversity did not significantly change throughout the Late Cretaceous and that most metatherians were invertivorous. Nevertheless, we also found that metatherians occupied a wide range of diets and had greater dietary diversity than contemporaneous mammal groups. Our results indicate that this ecological diversification of metatherians began prior to the ecological diversification of angiosperms (flowering plants) (ca. 85–80 million years ago) and was more closely correlated in time with the Cretaceous Terrestrial Revolution (ca. 125–80 million years ago) and the mid-Cretaceous taxonomic diversification of angiosperms.
Resumen en Español
Ecomorfología dental y patrones macroevolutivos de los metaterios del Cretácico Tardío en América del Norte
Los mamíferos metaterios fueron taxonómicamente ricos y abundantes en las faunas del Cretácico Tardío de América del Norte. Aunque se ha prestado mucha atención a la taxonomía de los metaterios, falta un estudio integral y cuantitativo sobre la ecomorfología de este clado. Aquí, predecimos las dietas de una amplia muestra de metaterios mediante el análisis tridimensional de la topografía dental, con el objetivo de comprender mejor los patrones macroevolutivos en la morfología dental y la diversidad dietética. Contrariamente a los patrones de diversidad taxonómica, nuestros resultados muestran que la disparidad dental y la diversidad dietética no cambiaron significativamente a lo largo del Cretácico Tardío y que la mayoría de los metaterios eran invertívoros (con dietas de insectos e invertebrados de cuerpo blando). Sin embargo, también encontramos que los metaterios ocuparon una amplia gama de nichos dietéticos y fueron probablemente el clado de mamíferos más diverso dietéticamente del Cretácico Tardío. En cuanto al momento de la diversificación ecomorfológica de los metaterios, nuestros resultados indican que comenzó a mediados del Cretácico, coincidiendo con la Revolución Terrestre del Cretácico y la diversificación taxonómica de las angiospermas, antes de las diversificaciones de los multituberculados y euterios que comenzaron en el Cretácico Tardío y el Paleoceno.
Palabras clave: Metatheria; Cretácico; ecomorfología; análisis topográfico dental
Traducción: Francesco Gascó (Grupo de Biología Evolutiva, UNED y Sociedad Española de Paleontología)
Deutsche Zusammenfassung
Zahn-Ökomorphologie und makroevolutionäre Muster nordamerikanischer spätkretazischer Beuteltiere
In Faunen der späten Kreide Nordamerikas gab es zahlreiche Beuteltiertaxa und sie waren weit verbreitet. Obwohl viel Aufmerksamkeit auf die Taxonomie der Metatheria gelegt wurde, fehlt eine umfassende, quantitative Studie über die Ökomorphologie dieser Gruppe. Hier wird die Ernährung einer großen Gruppe von Metatheria mit Hilfe einer dreidimensionalen topographischen Zahnanalyse abgeschätzt, um makroevolutionäre Muster bei der Zahnmorphologie und der Ernährungsvielfalt besser zu verstehen. Im Gegensatz zu ihren taxonomischen Diversitätsmustern zeigen unsere Ergebnisse, dass sich die Zahn-Disparität und die Nahrungsvielfalt während der späten Kreidezeit nicht signifikant verändert haben und dass die meisten Metatheria sich invertivor ernährten (von Insekten und wirbellosen Weichtieren). Wir haben jedoch auch festgestellt, dass die Metatheria ein breites Spektrum an Nahrungsnischen besetzten und wohl die vielfältigste Säugetiergruppe der späten Kreidezeit darstellten. Was den Zeitpunkt der ökomorphologischen Diversifizierung der Metatheria angeht, so deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass sie in der mittleren Kreidezeit zeitgleich mit der kreidezeitlichen terrestrischen Revolution und der taxonomischen Diversifizierung der Angiospermen begann, noch vor der Diversifizierung der Multituberkulaten und Eutheria, die in der jüngsten Kreidezeit und im Paläozän einsetzte.
Schlüsselwörter: Metatheria; Kreide; Ökomorphologie; zahntopographische Analyse
Translator: Eva Gebauer
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Ekomorfologia zębów i wzorce makroewolucyjne północnoamerykańskich torbaczy (Metatheria) późnej kredy
Ssaki niższe były bogate taksonomicznie i liczne w faunie późnej kredy Ameryki Północnej. Chociaż wiele uwagi poświęcono taksonomii torbaczy, brakuje kompleksowych, ilościowych badań na temat ekomorfologii tego kladu. Tutaj przewidujemy dietę dużej próbki ssaków niższych za pomocą trójwymiarowej analizy topograficznej zębów, mając na celu lepsze zrozumienie wzorców makroewolucyjnych w morfologii zębów i różnorodności diety. W przeciwieństwie do wzorców różnorodności taksonomicznej, nasze wyniki pokazują, że różnice w uzębieniu i różnorodność diety niższych ssaków nie zmieniły się znacząco w późnej kredzie i że w diecie przedstawicieli tej grupy dominowały owady i inne bezkręgowce. Niemniej jednak odkryliśmy również, że te ssaki zajmowały szeroki zakres nisz żywieniowych i były prawdopodobnie najbardziej zróżnicowani dietetycznie ze wszystkich kladów ssaków późnej kredy. Jeśli chodzi o czas zróżnicowania ekomorfologicznego tej gruoy, nasze wyniki wskazują, że rozpoczęło się ono w środkowej kredzie, zgodnie z kredową rewolucją lądową i taksonomicznym zróżnicowaniem okrytozalążkowych, przed zróżnicowaniem wieloguzkowców i ssaków łozyskowych, które rozpoczęło się w późnej kredzie i paleocenie.
Słowa kluczowe: Metatheria; kreda; ekomorfologia; analiza topograficzna zębów
Translator: Krzysztof Stefaniak
Ukrainian
Дентальна екоморфологія і закономірності макроеволюції пізньокрейдових метатеріїв Північної Америки
Метатерії являли собою таксономічно багату і різноманітну групу ссавців, розповсюджених у Північній Америці протягом пізньої крейди. Незважаючи на те, що таксономії метатеріїв приділено багато уваги, досі не вистачає всебічного кількісного дослідження екоморфології представників цієї клади. Стаття присвячена реконструкції раціону великої вибірки метатеріїв із використанням тривимірного топографічного аналізу їхніх зубів, і її мета полягає у тому, щоб краще зрозуміти макроеволюційні закономірності морфології зубів і харчового спектру. Всупереч існуючим моделям таксономічного різноманіття метатеріїв, наші результати показують, що будова їхніх зубів і раціон істотно не змінилися протягом пізньої крейди. Більшість метатеріїв були комахоїдними (основу їхнього раціону складали комахи та інші безхребетні з м’якими покривами). Тим не менш, ми також виявили, що метатерії займали широкий спектр трофічних ніш і, мабуть, були найбільш різноманітними з-поміж усіх клад ссавців пізньої крейди. Стосовно часу екоморфологічної диверсифікації метатеріїв, наші результати вказують на те, що вона почалася в середині крейди разом із крейдовою наземною революцією і таксономічною диверсифікацією покритонасінних, тобто до диверсифікації мультитуберкулят і еутеріїв, яка мала місце наприкінці крейді та палеоцені .
Ключові слова: Metatheria; крейда; екоморфологія; топографічний аналіз зубів.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Chinese
In progress
Translator: Chenyang Cai. Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences
Résumé en Français
Écomorphologie et patrons macro-évolutifs des métathériens du Crétacé supérieur d’Amérique du Nord
Les mammifères métathériens sont taxinomiquement riches, et abondants parmi les faunes du Crétacé supérieur d’Amérique du Nord. Bien que beaucoup d’attention ait été portée à la taxonomie des métathériens, une étude quantitative détaillée de l’écomorphologie de ce clade fait encore défaut. Dans le présent article, nous modélisons le régime alimentaire d’un vaste échantillon de métathériens par une analyse topographique en trois dimensions, avec pour but de mieux comprendre les patrons évolutifs de la morphologie dentaire et la diversité des régimes alimentaires. À l’opposé de leurs patrons de diversité, nos résultats montrent que la diversité dentaire et la diversité de régimes alimentaires n’ont pas changés de manière significative durant le Crétacé supérieur, et que la plupart des métathériens était invertivores (régime alimentaire à base d’insectes et d’invertébrés à corps mou). Néanmoins, nous avons également découvert que les métathériens occupaient une large diversité de niches alimentaires et étaient clairement les mammifères aux régimes alimentaires les plus diversifiés du Crétacé supérieur. Quant à la datation de la diversification écomorphologique des métathériens, nos résultats indiquent qu’elle a commencé vers le milieu du Crétacé, corolairement à la Révolution Terrestre Crétacée, et la diversification taxonomique des angiospermes, avant la diversification des multituberculés et euthériens qui a commencé au Crétacé terminal et Paléocène.
Mots-clés : Metatheria ; Crétacé ; écomorphologie ; analyse topographique dentaire
Translator: Denis Audo. Centre de Recherche en Paléontologie - Sorbonne Université
Russian
Дентальная экоморфология и макроэволюционные паттерны североамериканских позднемеловых метатериев
Метатериевые млекопитающие показывали таксономическое богатство и были многочисленны в позднемеловой фауне Северной Америки. Хотя таксономии метатериев было уделено много внимания, комплексное количественное исследование экоморфологии этой клады отсутствует. Здесь мы реконструируем рацион большой выборки метатериев, используя трехмерный топографический анализ зубов, с целью лучше понять макроэволюционные закономерности в морфологии зубов и разнообразии рациона группы. Вопреки их таксономическому разнообразию, наши результаты показывают, что различия в зубах и разнообразие рациона существенно не изменились на протяжении всего позднего мела и что большинство метатериев были ‘инвертноядными’ (invertivorous; диета на основе насекомых и мягкотелых беспозвоночных). Тем не менее, мы также обнаружили, что метатерии занимали широкий спектр пищевых ниш и, возможно, были наиболее разнообразными в питании из всех клад млекопитающих позднего мела. Что касается времени экоморфологической диверсификации метатериев, наши результаты показывают, что она началась в середине мелового периода одновременно с меловой революцией наземной флоры (Cretaceous Terrestrial Revolution) и таксономической диверсификацией покрытосеменных растений, до начала диверсификации мультитуберкулят и эутериев, которая началась в позднем меловом и палеоцене.
Ключевые слова: Metatheria; мел; экоморфология; анализ зубной топологии
Translator: Leonid Voyta
