Volume 4, Number 03 (April 2014) | Research

Turritellids of the Gatún Formation

By Stephanie Sang & Brendan Anderson | Cornell University

Historia en Español

research040303_ssangresized.jpgTurritellids in the Gatún Formation.  Photo courtesy of Stephanie Sang.

Editor’s Note:  Two graduate students from Cornell University in Ithaca, NY, USA traveled to Panama in early April with Dr. Austin Hendy to explore Gatún localities for Turritella shells.  They share short synopses of their research below.  Both Stephanie and Brendan want to thank everyone at STRI, and specifically thank Austin and Jose Santiago Saez for sharing their time, expertise and assistance in the field.

Stephanie Sang:

The Isthmus of Panama is famous for having its stages of formation relatively precisely dated and therefore serves as an excellent biogeographic calibration point. I am currently working with the genus Turritella, a group of marine snails that are incredibly abundant in the Miocene Gatún Formation in Panama and still exist today. Through molecular and morphological methods, I am constructing a phylogeny of Central American Turritella species to find out if choosing either the dates of the Isthmus formation or fossil appearances as calibration points matter when dating the entire phylogeny. Also, I would like to know about the larval mode (how long did the larva float before settling down?) of each species, which can be inferred through the size of the first whorl on the shell. 

 

My trip to STRI was especially valuable as it allowed me to place the Turritellafossils into context through examining the biostratigraphy of the Gatún Formation. My main goal was to collect as many tiny shells as possible to later image with a scanning electron microscope to determine the size of their first whorl. I have visited many institutions in the United States but have been unable to find intact first whorls for most Gatún species. Combing through the fine sediment with dust whirling around my face was, strangely, an enjoyable experience.

research040301.jpgBrendan Anderson in Panama.  Photo courtesy of Brendan Anderson.

Brendan Anderson:

Turritella shells are common in curiosity and fossil shops and can be found at many fossil localities around the world. One of the striking features of their fossil record is that they are often found in very large numbers in particular layers where other species are rarely found. One possible explanation for these Turritella dominated assemblages (TDAs) that has been put forward is that they are related to areas and times of particularly high productivity. Productivity refers to the amount of energy from the sun captured by phytoplankton and converted into organic matter. Productivity is typically limited by nutrients these phytoplankton need in order to grow and high productivity is often fueled by nutrients rising up seasonally from the deep sea in a process known as “upwelling.”

I travelled to Panama in order to test the possibility that TDAs are indicative of particularly strong upwelling. The Gatún Formation in Northern Panama has several of these high density layers, and also contains fossils of the same species in lower abundances between these layers. It is important that I compare shells of the same species because I intend to study the chemistry of the shells, and different species may make their shells slightly differently, independent of changes in the environment.  These fossils are also relatively young and preserve the original shell material. This combination makes it possible for me to compare the chemical components of shells located within several TDAs with those found at lower abundances.  Upwelling brings old carbon and cold water up to the surface and therefore alters the isotopes of carbon and oxygen available to the snail as it grows its shell. If the isotopic shift indicating upwelling is more dramatic in TDAs, or if these shells grew faster within TDAs (indicating that they had better nutrient supplies), then this would support the proposed link between TDAs and highly productive environments. TDAs could then be considered reliable proxies for high productivity in an area in the fossil record, even when direct measurements of shell chemistry are not possible (including TDAs where shell material has been altered or where only molds of the shells are preserved).

Historia en Español

Gasterópodos Turritellidos de la Formación Gatún del Mioceno

Por Stephanie Sang & Brendan Anderson | Universidad de Cornell

research040303_ssangresized.jpgTurritellidos en la formación Gatún. Foto cortesía de Stephanie Sang.

Nota de la editora: Dos estudiantes de posgrado de la Universidad Cornell en Ithaca, N.Y., EE.UU.,  viajaron a Panamá a principios de abril con Dr. Austin Hendy para explorar las localidades Gatún en busca de cáscaras Turritella. Aquí comparten unas sinopsis cortas de sus investigaciones. Stephanie y Brendan les gustarían dar gracias a toda la gente en el STRI, específicamente Austin y José Santiago Saez por compartir su tiempo, pericia y asistencia en el campo paleontológico.

Stephanie Sang:

El Istmo de Panamá es famoso por tener sus etapas de formación relativamente bien fechada y por lo tanto sirve como un punto de calibración biogeográfica. En esto momento estoy trabajando con el género Turritella, un grupo de caracolas que es muy abundante en la Formación Gatún del Mioceno en Panamá y que todavía existe hoy en día. Con métodos moleculares y morfológicos, estoy construyendo una filogenia de especies Turritella en Centroamérica para descifrar si la fecha de calibración (la de la formación del istmo o la apariencia de los fósiles) es importante en fechar la filogenia completa. También quiero saber más sobre el modo larval (¿por cuánto tiempo flotó hasta que se estableció?) de cada especie, algo que se puede inferir con el tamaño de la primera espira en la cáscara.

Mi primer viaje al STRI fue muy valeroso porque me dio la oportunidad de poner los fósiles del Turritella en contexto cuando examinó la bioestratigrafía de la Formación Gatún. Mi propósito era recoger el mayor número de cáscaras pequeñas posible para luego ver con un microscopio electrónico de barrido y examinar el tamaño de la primera espira. Visité a muchas instituciones en los Estados Unidos, pero nunca podía encontrar primeras espiras intactas de las especies de la Formación Gatún. Analizar el sedimento fino con el polvo espirando acerca de mi cara fue una experiencia extrañamente agradable.

Estoy muy agradecida a los pasantes del PCP-PIRE, especialmente José Santiago, para su tiempo y asistencia en acomodarnos en nuestro viaje y también para llevarnos a la Formación Gatún. También gracias a Dr. Austin Hendy para acompañarnos y compartir su pericia de las localidades.

Brendan Anderson:

research040301.jpgBrendan Anderson en Panamá. Foto cortesía de Brendan Anderson.

Las cáscaras de las caracolas Turritella son comunes en tiendas de curiosidades y fósiles y se pueden encontrar en yacimientos paleontológicos por todo el mundo. Los fósiles Turritella son encontrados en grandes cantidades en capas particulares donde raramente se encuentran otras especies. Una explicación para estos conjuntos dominados (CDs) que los investigadores han propuesto es que son relacionados con áreas y tiempos de una productividad particularmente alta. Aquí la productividad se refiere a la cantidad de energía que el fitoplancton recibe del sol para luego convertir en materia orgánica. La productividad es típicamente limitada por los nutríos que el fitoplancton necesita para crecer. La productividad frecuentemente se aumenta cuando los nutríos suben estacionalmente del mar profundo en un proceso que se llama “surgencia”.

Viajé a Panamá para experimentar con la posibilidad de que los CDs son indicativos de surgencias particularmente fuertes. La Formación Gatún en el norte de Panamá tiene muchas de estas capas de alta densidad que  también contienen fósiles de las mismas especies en abundancias menores entre ellas.  Es importante comparar cáscaras de las mismas especies porque voy a estudiar las propiedades químicas de ellas, y especies diferentes pueden desarrollar cáscaras distintas, independiente de cambios en el medioambiente. Estos fósiles son relativamente jóvenes, así que la materia original puede ser preservada.  Con esta combinación es posible comparar el componente químico de las cáscaras situadas entre varios CDs con los que se encuentran en menores abundancias. Las surgencias traen carbón viejo y agua fría a la superficie, así alterando los isótopos de carbón y oxígeno dispuestos a la caracola mientras que se crece. Si el análisis isotópico indica una surgencia es más dramático en los CDs, o si  las cáscaras crecen más rápidamente entre los CDs (indicando que tenían mejores nutríos), esto apoyaría el vínculo propuesto entre los CDs y los medioambientes productivos. Después, los CDs podrían ser considerados unos agentes confiables de alta productividad en un área dentro del registro fósil, incluso cuando medidas directas no son posibles (por ejemplo, en casos en que la química de la cáscara ha sido alterada, o sólo los moldes son preservados). 

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