Bone Diagenesis Study of Early Triassic Cynodonts from Argentina

Previtera, E., D'Angelo, J. A., and A. C. Mancuso. 2013. Preliminary chemometric study of bone diagenesis in Early Triassic cynodonts from Mendoza, Argentina. Ameghiniana 50:460-468.

Abstract - The non-mammalian therapsids dominated the terrestrial ecosystems during the Late Paleozoic–Early Mesozoic. The cynodonts have been studied from a taxonomic, osteologic and morphological perspective. However, taphonomy using chemometrics has been barely explored. This report includes a rib and an appendicular bone of cynodonts from the Puesto Viejo Group (Mendoza, Argentina). These fossils are studied for the first time using SEM-EDX. Semi-quantitative data derived from SEM-EDX spectra is evaluated by principal component analysis to gain new insights regarding the different diagenetic pathways of bone microstructure. The multivariate model supports the distinction of different sampled areas (bone, transition zone and rock matrix), in terms of chemical parameters. Differentiation is based mainly on varying contents of Ca, P, F, Si, Al, K, O, Mn and Fe. Variable concentrations of Fe and Mn could be related to different facies (floodplain and crevasse splay). These results along with thin section petrographical analysis confirm –in one of the cases– the substitution of hydroxyapatite by fluorapatite in the bone microstructure. Fossil-diagenetic processes observed herein include substitution, fracturing, brittle deformation and different permineralization events. Permineralization stages during burial history include infilling of vascular canals, trabeculae and fractures with hematite, manganite and calcite. The presence of calcite and iron enrichment indicates local reducing conditions below water-table during precipitation. This chemometric approach to the study of Triassic cynodont remains proved useful for assessing the chemical changes in bone microstructure.

Resumen -  Los terápsidos no-mamaliformes dominaron los ecosistemas terrestres durante el Paleozoico Tardío–Mesozoico Temprano. Los cinodontes han sido estudiados desde una perspectiva taxonómica, osteológica y morfológica. Sin embargo, análisis tafonómicos usando quimiometría son escasos. Esta contribución incluye una costilla y un hueso apendicular de cinodontes del Grupo Puesto Viejo (Mendoza, Argentina). Estos fósiles se analizaron por primera vez usando SEM-EDX. Los datos semi-cuantitativos derivados de SEM-EDX se evaluaron mediante análisis de componentes principales para obtener nuevos conocimientos sobre las diferentes vías diagenéticas de la microestructura ósea. El modelo multivariado apoya la distinción de las diferentes áreas de la muestra (hueso, zona de transición y matriz rocosa), en términos de parámetros químicos. La diferenciación se basa principalmente en diferentes contenidos de Ca, P, F, Si, Al, K, O, Mn y Fe. Concentraciones variables de Fe y Mn pueden asociarse a las diferentes facies (planicie de inundación y depósitos de desbordamiento). Estos resultados, junto con los análisis petrográficos de secciones delgadas confirman en uno de los casos la sustitución de la hidroxiapatita por fluorapatita en la microestructura ósea. Los procesos fósildiageneticos observados incluyen sustitución, fracturación, deformación frágil y diferentes eventos de permineralización. Las etapas de permineralización incluyen rellenos de hematita, manganita y calcita, en canales vasculares, trabéculas y fracturas, durante el enterramiento. La presencia de calcita y de hierro indica condiciones reductoras locales bajo el nivel freático durante la precipitación. Este enfoque quimiométrico para el estudio de cinodontes triásicos demostró ser útil para evaluar los cambios químicos de la microestructura ósea.