Volume 2, Number 5 (June-July 2012) | Research

Fossil horses and the ancient environments of Panama

By Aaron Wood

Historia en Español

fossil Partial skull of a small horse from the Las Cascadas Formation along the Panama Canal with screwdriver for scale. © Photo by Aaron Wood

Scientific studies continue to show that the evolution of fossil horses is closely linked to the evolution of ancient environments. When independent information about ancient climates, forest types, etc., is unavailable, paleontologists often use the size, shape and chemical composition of fossil horse skeletons, along with evidence from other fossil animals, to reconstruct paleoenvironment conditions. The size, shape, and texture of fossil horse teeth indicate the types of vegetation in their diets, whereas limb bones can be used to infer whether habitats frequented by fossil horses were dense forests, open grasslands or some mixture of the two. In addition, the chemical composition of horse teeth provide a record of the composition of the water these ancient horses drank as well as the composition of the plants they ate.

The sources of information described above are especially important for reconstructing the ancient environments inhabited by the Las Cascadas fauna, the oldest (22-20 million years old) fossil assemblage of terrestrial animals in southern Central America. The rocks of the Las Cascadas Formation preserve a record of intense volcanic activity, including thick volcanic ash deposits, cemented fragments of solidified lavas and catastrophic mudflows caused by volcanic eruptions. Unfortunately, fossilized soils and plant remains are extremely rare in the Las Cascadas Formation, making it difficult to determine climatic conditions or types of forests present in Panama more than 20 million years ago. PCP-PIRE students and researchers are currently working together to analyze the Las Cascadas horses and other fossil animals to better understand the paleoenvironments of the Las Cascadas Formation and the evolution of terrestrial ecosystems in Panama.

My role in this collaboration is to study the limb skeleton of the Las Cascadas horses using geometric morphometrics, or statistical analyses of shape. The three-dimensional orientation and shape of joint surfaces indicate the flexibility and stability of limbs during locomotion and can be measured by creating digital models of fossil bones using a laser surface scanner. I am in the process of comparing these shape measurements for Las Cascadas horse bones such as the astragalus—an important bone in the ankle—with horse bones from fossil localities with well-studied paleoenvironments. These quantitative comparisons will then help determine if the Las Cascadas horses lived in densely forested habitats or a mixture of forested and open habitats potentially caused by volcanic disruption of tropical forests.

Spanish Version

Caballos fósiles y los ambientes antiguos de Panamá

Por Aaron Wood

Los estudios científicos continúan mostrando que la evolución de los caballos fósiles está íntimamente ligada a la evolución de los ambientes antiguos. Cuando no hay información disponible sobre los climas antiguos, los tipos de bosques, etc., los paleontólogos usan a menudo el tamaño, la forma y la composición química de los esqueletos de caballos fósiles, junto con la evidencia de otros animales fósiles, para reconstruir las condiciones paleoambientales. El tamaño, forma y textura de los dientes de caballos fósiles indican los tipos de vegetación presentes en sus dietas, mientras que los huesos de las extremidades pueden ser usados para inferir si los hábitats frecuentados por los caballos fósiles eran bosques densos, pastizales abiertos o alguna mezcla de los dos. Además, la composición química de los dientes del caballo proporcionan un registro de la composición del agua que estos caballos antiguos bebieron, así como la composición de las plantas que comían.

Las fuentes de información descritas anteriormente son especialmente importantes para la reconstrucción de los ambientes antiguos habitados por la fauna de Las Cascadas, el cual constituye el grupo de fósiles de animales terrestres más antiguos del sur de América Central (22-20 millones de años). Las rocas de la Formación Las Cascadas preservan un registro de intensa actividad volcánica, incluyendo gruesos depósitos de ceniza volcánica, fragmentos cementados de lava solidificada y flujos de lodo catastróficos causados por las erupciones volcánicas. Por desgracia, los suelos fósiles y los restos de plantas son extremadamente raros en la Formación Las Cascadas, lo que hace difícil determinar las condiciones climáticas o tipos de bosques presentes en Panamá hace más de 20 millones de años. Estudiantes e investigadores del PCP-PIRE están trabajando juntos para analizar los caballos de Las Cascadas y otros animales fósiles para comprender mejor los paleoambientes de esta formación y la evolución de los ecosistemas terrestres en Panamá.

Mi papel en esta colaboración es el estudio de las extremidades del esqueleto de los caballos de Las Cascadas, utilizando morfometría geométrica o análisis estadísticos de forma. La orientación de tres dimensiones y la forma de la superficie de las articulaciones, indican la flexibilidad y estabilidad de las extremidades durante la locomoción y se puede medir mediante la creación de modelos digitales de huesos fósiles usando un escáner láser de superficie. Estoy en el proceso de comparar estas mediciones de la forma de los huesos de los caballos de Las Cascadas, tales como el astrágalo-un hueso importante en el tobillo, con huesos de otras localidades fósiles cuyos paleoambientes están bien estudiados. Estas comparaciones cuantitativas ayudarán a determinar si los caballos de Las Cascadas vivían en hábitats de bosque denso o en una mezcla de bosque y áreas abiertas, posiblemente originadas por la disrupción volcánica de los bosques tropicales.

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