Rolling bones: A preliminary study of micromammal abrasion on different initial taphonomic stages

Sara García-Morato, María Dolores Marín-Monfort, and Yolanda Fernández-Jalvo

Plain Language Abstract

Bones that are displaced by water streams show different modifications produced by abrasion process: rounding and polishing. However, similar effects are obtained by other different processes such as digestion during predation. Actualistic experiments have been performed in order to obtain clear diagnostic criteria for identifying them and infer to fossil assemblages. We have experimentally reproduced hydraulic transport conditions. Modifications produced by abrasion depend to structural properties of bones and also to a large extent on sediment size.The actualistic study focuses on different limb bone extremities of small mammals (elements usually observed to evaluate digestion damage for identifying the predator involved) with different initial state of modifications: 1) Unaltered bones; 2) Weathered bones; 3) Digested bones and 4) Weathered + digested bones. Bones were abraded in a tumbler with two different sediment sizes (gravels and clay + silts) and an equal proportion of water for 360 hours. Observations were done after 24, 72, 192 hours and at the end of the experiment. Additionally, to quantify the amount of bone loss, rounding produced by sediments was evaluated using an easy test methodology. Qualitative microscopic analysis shows that bone surfaces abraded by clay + silts may not be obvious but gravels produced major modifications after tumbling showing bone surfaces rounded and polished. We observed that the initial state of the bones influenced the values of bone loss obtained. Digestion effects after 72 hours were mimicked by abrasion on those bones not previously digested or even obliterated on bones that previously showed modifications produced by the digestion process. Bones mimicking the digestion process present rounded edges and the entire bone is affected. Digestion is progressive and selective, affecting from the ends towards the shaft and edges are thinner.

Resumen en Español

Huesos rodados: estudio preliminar de abrasión en micromamíferos en diferentes estadíos tafonómicos iniciales.

Identificar el proceso de transporte es clave para interpretar la paleoecología, la edad y la formación del yacimiento fósil. A parte de la dispersión y la selección de tamaño/forma, la abrasión producida por la mezcla de agua y sedimento es una modificación tafonómica adquirida que hace que el transporte sea reconocible en asociaciones de elementos óseos. Trabajos previos han utilizado huesos de roedores no digeridos o se han centrado en analizar la abrasión en dientes para poder distinguir las modificaciones producidas por abrasión de las producidas por digestión. Experimentos con restos óseos de macromamíferos incluían diferentes tipos de modificaciones tafonómicas en los huesos. Siguiendo este procedimiento, dos aspectos principales se han analizado por primera vez. Por un lado, nos hemos centrado en el estudio de fémures y húmeros de micromamíferos, elementos usados para caracterizar la digestión. Hemos incluido diferentes estados iniciales o tipos de hueso, como digeridos, meteorizados o fósiles, para observar diferencias relacionadas con la abrasión que puedan ayudar a interpretar procesos asociados a la abrasión producida con agua. Por otro lado, proponemos una metodología de fácil aplicación para cuantificar la cantidad de superficie perdida en los huesos. El índice resultante para cuantificar la pérdida de superficie indica pocos cambios en huesos introducidos en arcillas, mientras que se observa un redondeo más rápido e intenso en aquellos huesos introducidos en gravas. Este elevado redondeo producido por las gravas, implica una mayor pérdida de superficie que es estadísticamente significativa. El tejido esponjoso aparece expuesto después de 72 horas de abrasión en proximales de fémur y distales de húmero, imitando la corrosión producida por el proceso de digestión. En este trabajo, describimos características clave y cuantificamos la pérdida de superficie para distinguir entre las modificaciones producidas por digestión y abrasión en elementos poscraneales, concretamente en proximales de fémur y distales de húmero.

Palabras clave: tafonomía, micromamíferos, abrasión en huesos largos, transporte por agua, redondeo-imitación de la digestión.

Traducción: Authors

Résumé en Français

In progress

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Stratigraphisches Ranking ausgewählter wirbelloser Fossilien: Ein quantitativer Ansatz auf verschiedenen zeitlichen und geografischen Skalen

Fossile Gruppen werden seit Jahrzehnten zur biochronologischen Datierung von Gesteinen verwendet. Dieses Manuskript stellt einen quantitativen Ansatz zur Beurteilung und zum Vergleich der Qualität ausgewählter Taxa als biostratigraphische Marker dar. Basierend auf dem Auftreten von Ammoniten, Bivalven und planktonischen sowie benthischen Foraminiferen evaluieren wir das Potential für eine quantitative Bewertung. Die raumzeitlichen Analysen der Daten zum Vorkommen (Artendauer, geographischer Bereich) wurden in die Ergebnisse der Unitary-Association-Methode integriert, die neben der Generierung einer Reihe von UAs auch überlagernde Widersprüche misst. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Jura-Ammoniten die geringste Artendauer haben und dass die Mehrheit der Arten auf eine einzige UA-Zone beschränkt ist. Außerdem haben Ammoniten die geringste Anzahl von widersprüchlichen Bio-Ereignissen. Planktonische Foraminiferen sind jedoch zumindest im Känozoikum wertvoller, da sie eine hohe geografische Reproduzierbarkeit und Vielfalt sowie höhere ISP-Werte aufweisen. Bivalven und benthischen Foraminiferen weisen beide eine längere durchschnittliche Artendauer und mehr überlagerte Widersprüche pro Art auf. Daher ist ihr biostratigraphisches Potenzial auf interregionaler Ebene geringer. Die kürzere Artendauer von Ammoniten und planktonischen Foraminiferen in den untersuchten Abschnitten ist auf ihre höhere Aussterberate zurückzuführen. Als Vorteil gegenüber einfachen spatiotemporalen Analysen kann die UA-Methode das stratigraphische Potenzial einer bestimmten taxonomischen Gruppe genau beurteilen. Die hier gewonnenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Lebensgewohnheit einen direkten Einfluss auf die Artendauer und damit auf das stratigraphische Potenzial der fossilen Gruppen hat. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie wird ein Index zur Klassifizierung fossiler Gruppen (Index des stratigraphischen Potentials 'ISP') eingeführt.

Schlüsselwörter: Invertebratenfossilien; quantitative Biostratigraphie; Biochronologie; Einzelgesellchaften; Lebensgewohnheit; Index des stratigraphischen Potentials (ISP)

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski

Toczące się kości: wstępne badanie ścieralności szczątków drobnych ssaków na różnych początkowych etapach tafonomicznych

Identyfikacja procesu transportu jest kluczem do interpretacji paleoekologii, datowania i tworzenia stanowisk. Oprócz rozproszenia i selekcji rozmiaru/kształtu, ścieranie kości przez wodę i osad jest nabytą modyfikacją tafonomiczną, która sprawia, że transport jest rozpoznawalny w zespołach kości. W poprzednich eksperymentach na kościach gryzoni wykorzystywano niestrawione kości lub podkreślano ścieranie zębów, aby odróżnić ścieranie od trawienia. Eksperymenty z dużymi ssakami obejmowały różne typy tafonomicznie modyfikowanych kości. Tutaj po raz pierwszy badano dwa główne aspekty. Z jednej strony skupiliśmy się na kości ramiennej i kości udowej małych ssaków, które są również wykorzystywane do charakteryzowania trawienia. Uwzględniliśmy także różne stany początkowe lub typy kości, takie jak kości przefermentowane, zwietrzałe lub skamieniałe, aby zaobserwować różnice w ich zachowaniu podczas ścierania, które mogą pomóc w interpretacji procesów ścierania przez wodę. Z drugiej strony proponujemy łatwą metodologię testową w celu oszacowania wielkości utraty powierzchni. Wynikowy wskaźnik do oszacowania utraty powierzchni pokazuje zmiany światła na kościach ścieranych przez gliny i muły, w przeciwieństwie do szybszego i intensywniejszego zaokrąglania widocznych kątów przez żwir. Najnowsze wyniki dają większe zaokrąglenie, a zatem utratę powierzchni, statystycznie znaczącą. Tkanki gąbczaste wydają się odsłonięte po 72 godzinach ścierania na bliższych końcach kości udowej i dalszych końcach kości ramiennej, naśladując korozję powstałą w wyniku trawienia. W tym artykule opisujemy kluczowe cechy i kwantyfikujemy ubytek powierzchni, aby odróżnić trawienie od ścierania w szkielecie postkranialnym, a dokładniej na bliższej powierzchni kości udowej i dalszej kości ramiennej.

Słowa kluczowe: Tafonomia, małe ssaki, ścieranie kości długiej, transport wody, naśladowanie zaokrąglania-trawienia

Translator:  Krzysztof Stefaniak