Taxonomy and systematics of nonmarine Late Jurassic and Early Cretaceous ostracods [Elektronische Ressource] : their phylogeny and application to biostratigraphy with emphasis on the Early Cretaceous of the North American Western Interior foreland basin = Taxonomie und Systematik nichtmariner Ostrakoden des Oberjura und der Unterkreide : ihre Phylogenie und biostratigraphische Anwendung mit Hauptaugenmerk auf die Unterkreide des nordamerikanischen Western-Interior-Vorlandbeckens / Benjamin Sames
365 Pages
English

Taxonomy and systematics of nonmarine Late Jurassic and Early Cretaceous ostracods [Elektronische Ressource] : their phylogeny and application to biostratigraphy with emphasis on the Early Cretaceous of the North American Western Interior foreland basin = Taxonomie und Systematik nichtmariner Ostrakoden des Oberjura und der Unterkreide : ihre Phylogenie und biostratigraphische Anwendung mit Hauptaugenmerk auf die Unterkreide des nordamerikanischen Western-Interior-Vorlandbeckens / Benjamin Sames

-

Downloading requires you to have access to the YouScribe library
Learn all about the services we offer

Description

Taxonomy and systematics of nonmarine Late Jurassic and Early Cretaceous ostracods: their phylogeny and application to biostratigraphy with emphasis on the Early Cretaceous of the North American Western Interior foreland basin Taxonomie und Systematik nichtmariner Ostrakoden des Oberjura und der Unterkreide: Ihre Phylogenie und biostratigraphische Anwendung mit Hauptaugenmerk auf die Unterkreide des nordamerikanischen Western Interior Vorlandbeckens ─── Dipl.-Geol. Benjamin Sames Dissertation for the degree Doctor of Science in Geology and Palaeontolgoy, presented at the Department of Geosciences, Freie Universität Berlin für die Promotion zum Doktor rer. nat. in Geologie und Paläontologie, vorgelegt am Fachbereich Geowissenschaften der Freien Universität Berlin Berlin, September 2009 Date of defense of the thesis/ Tag der Disputation: 07. 12. 2009 First Referee (Erstgutachter): Prof. Dr. Michael E. Schudack Freie Universität Berlin Institut für Geologische Wissenschaften Fachrichtung Paläontologie Malteserstrasse 74-100, Haus D 12249 Berlin Germany Second Referee (Zweitgutachter): Dr. David J.

Subjects

Informations

Published by
Published 01 January 2009
Reads 14
Language English
Document size 10 MB

Taxonomy and systematics of nonmarine
Late Jurassic and Early Cretaceous ostracods:
their phylogeny and application to biostratigraphy with emphasis on the
Early Cretaceous of the North American Western Interior foreland basin


Taxonomie und Systematik nichtmariner
Ostrakoden des Oberjura und der Unterkreide:
Ihre Phylogenie und biostratigraphische Anwendung mit Hauptaugenmerk auf die
Unterkreide des nordamerikanischen Western Interior Vorlandbeckens


───


Dipl.-Geol. Benjamin Sames




Dissertation



for the degree Doctor of Science in Geology and Palaeontolgoy,
presented at the Department of Geosciences, Freie Universität Berlin


für die Promotion zum Doktor rer. nat. in Geologie und Paläontologie,
vorgelegt am Fachbereich Geowissenschaften der Freien Universität Berlin











Berlin, September 2009

























Date of defense of the thesis/
Tag der Disputation: 07. 12. 2009


First Referee (Erstgutachter): Prof. Dr. Michael E. Schudack

Freie Universität Berlin
Institut für Geologische Wissenschaften
Fachrichtung Paläontologie
Malteserstrasse 74-100, Haus D
12249 Berlin
Germany


Second Referee (Zweitgutachter): Dr. David J. Horne

School of Geography
Queen Mary, University of London
Mile End Road
London E1 4NS
United Kingdom












Dedicated to my parents,
whose skills and enthusiasm for scientific discourse
have guided my journey.




Meinen Eltern gewidmet,
die mir die Fähigkeit und die Begeisterung für den wissenschaftlichen
Diskurs mitgegeben haben. Declaration of Authenticity


I hereby certify sole authorship of the thesis “Taxonomy and systematics of nonmarine Late Jurassic
and Early Cretaceous ostracods: their phylogeny and application to biostratigraphy with emphasis on
the Early Cretaceous of the North American Western Interior foreland basin” as submitted to the
Department of Earth Sciences of the “Freie Universität Berlin” for the conferral of a doctorate, and
that no sources other than those indicated have been used in its preparation. Parts of this thesis that
have been drawn on the work of others with regard to contents or by literal quotation have been
appropriately marked through indication of source. Where any collaboration has taken place with other
researchers, I have clearly stated my own personal share in the investigation.

This work in the same or a similar form has not been submitted to any other examining body.






Erklärung zur Originalität (Ehrenwörtliche Erklärung)


Hiermit versichere ich an Eides statt, dass ich die der Fachrichtung Geowissenschaften der Freien
Universität Berlin zur Promotion eingereichte Arbeit „Taxonomie und Systematik nichtmariner
Ostrakoden des Oberjura und der Unterkreide: Ihre Phylogenie und biostratigraphische Anwendung
mit Hauptaugenmerk auf die Unterkreide des nordamerikanischen Western Interior Vorlandbeckens“
selbstständig verfaßt und keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel verwendet habe. Teile der
vorliegenden Arbeit, die anderen Werken wörtlich oder inhaltlich entnommen sind, wurden durch
Angaben der Quellen gekennzeichnet. In allen Fällen einer Zusammenarbeit mit anderen Forschenden
habe ich meinen persönlichen Arbeitsanteil klar dargestellt.

Diese Arbeit wurde in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner Prüfungsbehörde vorgelegt.






Wien, den 10.09.2009

Benjamin Sames










































Disclaimer

All not yet published manuscripts herein are preprints produced only for the public examination of the
doctoral thesis of which the papers are part. Parts and content of these might be object to change
within the scope of the review process. All rights are reserved by the author(s).



Taxonomic Disclaimer

This doctoral thesis is produced for the purpose of a public examination only. Systematic names
introduced or nomenclatural acts herein will not become available until they are going to be formally
published within the meaning of the valid International Code of Zoological Nomenclature, ICZN
(Article 8.3.).
Abstract

Extended Abstract


Taxonomy and systematics of nonmarine Late Jurassic and Early Cretaceous
ostracods: their phylogeny and application to biostratigraphy with emphasis on the
Lower Cretaceous of the North American Western Interior foreland basin

The taxonomic revision of some important nonmarine ostracod groups with emphasis on selected taxa
from Lower Cretaceous deposits of the Western Interior foreland basin (Lakota Formation, South
Dakota and Wyoming, and Cedar Mountain Formation, Utah) conducted from the perspective of
application, resulted in a breakthrough in the consideration of their utility. Inconsistent taxonomy was
determined to have been the main reason hampering their application. The understanding and
verification that the Early Cretaceous nonmarine ostracods of North America are not as endemic as
erstwhile believed in combination with an upgraded taxonomic concept, is the key to their successful
multifaceted application and the interpretation of their paleobiology, evolution, paleobiogeography, and
paleoecology. The results of the revision signify considerable progress in the taxonomy and systematics
of these ostracod groups, the supraregional correlation and Early Cretaceous North American
biostratigraphy based on their representatives, and the assessment of the further application potential of
the latter in the foreland basin.
Representatives of the genus Theriosynoecum Branson 1936 of the Subfamily Timiriaseviinae
(extant, Cytheroidea) and the genus Cypridea Bosquet 1852 of the Family Cyprideidae (extinct,
Cypridoidea) are important taxa in nonmarine Lower Cretaceous deposits of the world, which have
great regional utility in biostratigraphy. As to representatives of Theriosynoecum, this also applies to the
Upper Jurassic.
With respect to the Timiriaseviinae, the species Theriosynoecum forbesii (Jones 1885) and
T. verrucosa (Jones 1885) are considered separate and not subspecies of T. forbesii. Theriosynoecum verrucosa
occurs in the uppermost Morrison Formation of the southern Black Hills margin (South Dakota,
U.S.A.), T. fittoni (Mantell 1844) in the Lakota Formation of the southern and eastern Black Hills margin
(South Dakota), and T. pahasapensis (Roth 1933) in the Lakota Formation of the eastern Black Hills
margin. The latter is, to the present state of knowledge, endemic to North America. It is proposed to
consider and test whether Theriosynoecum fittoni (Mantell 1844) and T. alleni (Pinto and Sanguinetti 1962)
are synonymous because of their many striking similarities. Fossil representatives of several genera of
the Timiriaseviinae (Theriosynoecum, Metacypris, Cytheridella, Timiriasevia) are well distinguishable by their
carapace characters. Aptian–Albian taxa of the extinct genus Theriosynoecum are clearly distinct from
contemporaneus ones of Metacypris Brady and Robertson 1870.
The emended Family Cyprideidae Martin 1940 includes the genera Bisulcocypridea Sohn 1969,
Cypridea, Mongolocypris Szczechura 1978, Paracypridea Swain 1946, and Praecypridea gen. nov.
Representatives of Praecypridea gen. nov. have been described from the Middle to Upper Jurassic of
Europe, North America and Africa, and are considered ancestral to Cypridea. As to the North American
Lower Cretaceous representatives, the genus Longispinella Sohn 1979 is now considered a subgenus of
Cypridea. Cypridea (Guangdongia) Guan 1978 is allocated to Bisulcocypridea. Cypridea (Ulwellia) (Anderson
1939) is rejected, and Cypridea (Sebastianites) Krömmelbein 1962 and Cypridea (Yumenia) Hou 1958
questioned to belong to the Cyprideidae. With regard to the subgeneric taxonomy, the North American
species Cypridea (Pseudocypridina) inornata (Peck 1951) is now considered a junior synonym of Cypridea (P.)
setina (Anderson 1939), Cypridea (P.) laeli Sohn 1979 considered an ecophenotype of Cypridea (P.)
piedmonti (Roth 1933), and Cypridea (Longispinella) asymmetrica Sohn 1979 designated synonymous (sexual
dimorph) to C. (L.) longispina Peck 1941. Cypridea? minuta (Peck 1951) most probably represents an early
representative of Bisulcocypridea Sohn. Sexual dimorphism is presumed in several species of Cypridea and
mixed reproduction is corroborated to be the most likely reproductive mechanism among taxa of this
genus with according consequences for their dispersal mechanisms and distributional patterns. The
evidence for a substantial overestimation of the species diversity in Cypridea but underestimation of the
IAbstract

quantity of possible phenotypes of different origin is confirmed, and, therefore, the Latest Jurassic to
Early Cretaceous faunal dominance of the Cyprideidae in nonmarine Purbeck/Wealden-like
environments becomes strongly arguable. The upgraded taxonomic approach facilitates an improved
general application of taxa of Cypridea and constitutes a good basis for future research in phylogeny,
evolution, and distribution of the biostratigraphically most important representatives of the Cyprideidae
in the nonmarine Lower Cretaceous of North America.
Representatives of the Trapezoidellidae Sohn 1979 (extinct, Cypridoidea) are known from the
Upper Jurassic and Cretaceous of North America, Central Asia, and East Africa. These (particularly the
North American taxa) are in need of detailed revision and, provided that, are considered for further
application.
Early Cretaceous species of Theriosynoecum are not yet applicable biostratigraphically in North
America as they are in Europe, but this is mainly due to the lack of data from the former area. In
contrast, taxa of Cypridea proved to be of great utility in improving the biostratigraphic age
determination for, and correlation of, relevant formations of the Western Interior foreland basin.
The timespan represented by the hiatus between nonmarine Upper Jurassic (to Early
Berriasian?) and unconformably overlying Lower Cretaceous deposits throughout the North American
Western Interior foreland basin has been under discussion for the entire 20th century and remains
controversial to date. Ostracod correlations to well dated western European strata (Purbeck/Wealden
of England and “German Wealden” of NW-Germany), mainly based on representatives of Cypridea,
strongly suggest a much higher maximum age for some Lower Cretaceous formations of the Western
Interior foreland basin (Lakota Formation, South Dakota and Wyoming, and Cedar Mountain
Formation, Utah), i.e., Berriasian to Early Valanginian instead of Barremian or Aptian. These
biostratigraphic results affect the correlatable formations as well and, therefore, have considerable
consequences on a wide scope of basin-related geologic and paleontologic topics. The central issue
hampering an integrated synthesis of the Western Interior foreland basin is its yet imprecise
chronostratigraphic framework and inadequate documentation. Temporal relationships between the
basins geologic processes and their control factors are still insufficiently calibrated or controversial.
Detailed ongoing revision of North American Early Cretaceous nonmarine ostracods demonstrates
their applicability, utility, and excellent further potential as a tool for the improvement of the
chronostratigraphy of the Western Interior foreland basin at smaller and larger scale. Thereby, these
ostracods also help to expedite our understanding of animal (e.g. early mammals and dinosaurs) and
plant (angiosperms) evolution on the North American continent.
The first major step as to the multifaceted application of North American Early Cretaceous
nonmarine ostracods has been made by their utilization through taxonomic revision. This marks the
advent of a refined ostracod-based biostratigraphy in the nonmarine Lower Cretaceous of the Western
Interior foreland basin. An application of ostracod biostratigraphy to other Lower Cretaceous
formations of the basin in conjunction with other stratigraphic methods is expected to considerably
improve the Lower Cretaceous nonmarine stratigraphy in the Western Interior by facilitating a better
chronologic framework and providing additional correlating ties, potentially even for nonmarine-marine
correlation in the northern and southern parts of the basin. Based on a refined biostratigraphy,
ostracods are also expected to support the identification and justification of stratigraphic
unconformities and provide age determinations of single sample horizons. Considering the present
state of ongoing research regarding the ostracod taxonomy and stratigraphic distribution, an aspired
ostracod biozonation of the North American nonmarine Lower Cretaceous seems to be within reach.
II Abstract

Erweiterte Kurzfassung


Taxonomie und Systematik nichtmariner Ostrakoden des Oberjura und der
Unterkreide: Ihre Phylogenie und biostratigraphische Anwendung mit
Hauptaugenmerk auf die Unterkreide des nordamerikanischen Western Interior
Vo r l a n d b e c ke n s

Die anwendungsorientiert durchgeführte taxonomische Revision einiger wichtiger nichtmariner
Ostrakodengruppen mit Schwerpunkt auf ausgewählte Taxa aus unterkretazischen Ablagerungen des
Western Interior Vorlandbeckens (Lakota-Formation, South Dakota und Wyoming, und Cedar-
Mountain-Formation, Utah) hat zu einem Durchbruch bezüglich der Einschätzung ihrer Brauchbarkeit
geführt. Als Haupthindernis für eine Anwendung dieser Ostrakoden wurde ihre uneinheitliche
Taxonomie ermittelt. Das Verstehen und der Nachweis, dass die nichtmarinen Unterkreide-Ostrakoden
Nordamerikas nicht so stark endemisch sind, wie früher angenommen, verbunden mit einem
verbesserten taxonomischen Konzept, sind der Schlüssel zu ihrer vielfältigen Anwendung und der
Interpretation ihrer Paläobiologie, Evolution, Paläobiogeographie und Paläoökologie. Die Ergebnisse
der Revision bedeuten erhebliche Fortschritte in Taxonomie und Systematik dieser Ostrakodengruppen,
überregionaler Korrelation und unterkretazischen Biostratigraphie Nordamerikas, basierend auf ihren
Vertretern und der Beurteilung deren weiteren Anwendungspotentials im Vorlandbecken.
Vertreter der Gattung Theriosynoecum Branson 1936 (Unterfamilie Timiriaseviinae, existent,
Cytheroidea) und der Gattung Cypridea Bosquet 1852 (Familie Cyprideidae, ausgestorben, Cypridoidea)
sind weltweit wichtige Taxa in nichmarinen Ablagerungen der Unterkreide, die regional eine hohe
Bedeutung für die Biostratigraphie haben. Für Vertreter von Theriosynoecum trifft dies ebenfalls im
Oberjura zu.
Hinsichtlich der Timiriaseviinae werden Theriosynoecum forbesii (Jones 1885) und T. verrucosa
(Jones 1885) als getrennte Arten betrachtet und nicht als Unterarten von T. forbesii. Theriosynoecum
verrucosa wurde im obersten Bereich der Morrison-Formation im südlichen Randgebiet der Black Hills
(South Dakota, USA) nachgewiesen, T. fittoni (Mantell 1844) in der Lakota-Formation der südlichen
und östlichen Randgebiete der Black Hills (South Dakota) sowie T. pahasapensis (Roth 1933) in der
Lakota-Formation des östlichen Randes der Black Hills. Letztere Art ist, soweit derzeit bekannt,
endemisch in Nord Amerika. Es wird vorgeschlagen, Theriosynoecum fittoni (Mantell 1844) und T. alleni
(Pinto und Sanguinetti 1962) aufgrund markanter Ähnlichkeiten als synonym zu betrachten
beziehungsweise dahingehend zu überprüfen. Die fossilen Vertreter mehrerer Gattungen der
Timiriaseviinae (Theriosynoecum, Metacypris, Cytheridella, Timiriasevia) können anhand ihrer Carapax-
Merkmale gut voneinander unterschieden werden. Taxa der ausgestorbenen Gattung Theriosynoecum aus
dem Aptium bis Albium sind von zeitgleich auftretenden Vertretern der Gattung Metacypris Brady and
Robertson 1870 deutlich zu unterscheiden.
Die überarbeitete Familie Cyprideidae Martin 1940 schließt die Gattungen Bisulcocypridea Sohn
1969, Cypridea Bosquet 1852, Mongolocypris Szczechura 1978, Paracypridea Swain 1946 und Praecypridea gen.
nov. ein. Vertreter von Praecypridea gen. nov. wurden aus dem Mittleren und Oberen Jura Europas,
Nordamerikas und Afrikas beschrieben und werden als Vorfahren von Cypridea erachtet. Hinsichtlich
der Vertreter der Unterkreide Nordamerikas wird die Gattung Longispinella Sohn 1979 als Untergattung
zu Cypridea gestellt. Cypridea (Guangdongia) Guan 1978 wird der Gattung Bisulcocypridea zugeordnet.
Cypridea (Ulwellia) (Anderson 1939) wird als ungültig betrachtet und die Zugehörigkeit von Cypridea
(Sebastianites) Krömmelbein 1962 sowie Cypridea (Yumenia) Hou 1958 zur Familie Cyprideidae in Frage
gestellt. Bezüglich der Taxonomie unterhalb des Gattungsniveaus ergeben sich folgende Änderungen:
Die nordamerikanische Art Cypridea (Pseudocypridina) inornata (Peck 1951) ist ein jüngeres Synonym von
Cypridea (P.) setina (Anderson 1939), Cypridea (P.) laeli Sohn 1979 wird als Ökophänotyp von Cypridea (P.)
piedmonti (Roth 1933) interpretiert und die Art Cypridea (Longispinella) asymmetrica Sohn 1979 als synonym
(sexualdimorph) zu C. (L.) longispina Peck 1941 betrachtet. Cypridea? minuta (Peck 1951) ist mit hoher
IIIAbstract

Wahrscheinlichkeit ein früher Vetreter der Gattung Bisulcocypridea. Für etliche Arten von Cypridea wird
das Auftreten von Sexualdimorphismus vorausgesetzt, und „gemischte Reproduktion“ (mixed
reproduction) als wahrscheinlichster Reproduktionsmechanismus für die Vetreter dieser Gattung
bekräftigt, mit entsprechenden Auswirkungen auf deren Verbreitungsmechanismen und
Verbreitungsmuster. Anhaltspunkte für eine erhebliche Überbewertung der Artvielfalt bei Cypridea,
verbunden mit einer Unterschätzung der Anzahl von möglichen Phänotypen verschiedenen Ursprungs,
haben sich bestätigt, und deshalb wird die oberjurassische bis unterkretazische Faunendominanz der
Cyprideidae in nichtmarinen Purbeck/Wealden-artigen Lebenswelten zweifelhaft. Die modernisierte
taxonomische Vorgehensweise ermöglicht eine verbesserte allgemeine Anwendung von Taxa der
Gattung Cypridea und stellt eine gute Basis für zukünftige Untersuchungen bezüglich der Phylogenie,
Evolution und Verbreitung der biostratigraphisch äußerst wichtigen Vertreter der Cyprideidae in der
nichtmarinen Unterkreide Nordamerikas dar.
Vertreter der Trapezoidellidae Sohn 1979 (ausgestorben, Cypridoidea) sind aus dem Oberjura
und der Unterkreide Nordamerikas, Zentralasiens und Ostafrikas bekannt. Diese (insbesondere die
nordamerikanischen Taxa) bedürfen einer gründlichen Revision und hätten, darauf basierend, weitere
Anwendungspotentiale.
Unterkretazische Arten von Theriosynoecum sind in Nordamerika bisher noch nicht so gut
biostratigraphisch anwendbar wie in Europa, was allerdings durch den Mangel an Datenmaterial in
Nordamerika bedingt ist. Hingegen erwiesen sich Taxa von Cypridea als sehr gut geeignet für die
biostratigraphische Verbesserung der zeitlichen Einstufung und Korrelation von entsprechenden
Formationen im Western Interior Vorlandbecken.
Über die Dauer der Zeitspanne, die im gesamten nordamerikanischen Western Interior
Vorlandbecken durch einen Hiatus zwischen oberjurassischen (bis Unter-Berriasium?) und diskordant
überlagernden unterkretazischen Ablagerungen repräsentiert ist, wurde durch das gesamte zwanzigste
Jahrhundert debattiert, und sie ist bis heute umstritten. Auf Ostrakoden basierende Korrelationen mit
gut datierten westeuropäischen Schichten (Purbeck/Wealden von England und „Wealden“ von
Nordwestdeutschland), hauptsächlich mittels Vertretern von Cypridea, deuten nachhaltig auf ein
wesentlich höheres Maximalalter einiger Unterkreideformationen des Western Interior Vorlandbeckens
hin (Lakota-Formation, South Dakota und Wyoming, und Cedar-Mountain-Formation, Utah), das
heißt, Berriasium bis frühes Valanginium anstatt Barremium oder Aptium. Diese biostratigraphischen
Ergebnisse betreffen ebenfalls Formationen, die mit diesen korreliert sind, und haben somit erhebliche
Auswirkungen auf eine große Bandbreite von beckenbezogenen geologischen und paläontologischen
Themenbereichen. Haupthindernis für eine ganzheitliche Synthese des Western Interior
Vorlandbeckens sind dessen noch immer unpräzises chronostratigraphisches Gerüst und eine
unzulängliche Dokumentation. Die zeitlichen Beziehungen zwischen den geologischen Prozessen im
Becken und den beeinflussenden Faktoren sind nach wie vor unzureichend abgeglichen oder
umstritten. Laufende ausführliche Revisionen von nichtmarinen Ostrakoden der Unterkreide zeigen
deren Verwendungsmöglichkeiten, Eignung und ausgezeichnetes weiteres Potential als Werkzeug zur
Verbesserung der Chronostratigraphie des Western Interior Vorlandbeckens in kleinräumigem und
großräumigem Maßstab. Damit helfen diese Ostrakoden zusätzlich, unser Verständnis der Evolution
von Tieren (z.B. Mammalia und Dinosauria) und Pflanzen (Angiospermen) auf dem
nordamerikanischen Kontinent zu verbessern
Der erste Schritt hinsichtlich vielfältiger Anwendung von nichtmarinen Ostrakoden der
nordamerikanischen Unterkreide ist vollzogen: das Erschließen ihrer Nutzbarkeit durch taxonomische
Revision. Dies begründet das Aufkommen einer weiterentwickelten Ostrakoden-Biostratigraphie in der
nichtmarinen Unterkreide des Western Interior Vorlandbeckens. Von der biostratigraphischen
Anwendung der untersuchten Ostrakoden auf weitere Formationen des Beckens ist, in Verbindung mit
anderen stratigraphischen Methoden, eine erhebliche Verbesserung der nichtmarinen
Unterkreidestratigraphie im Western Interior zu erwarten und zwar, weil die Ostrakoden ein
verbessertes chronostratigraphisches Gerüst ermöglichen sowie zusätzliche Anknüpfungspunkte für
Korrelationen bereitstellen, möglicherweise sogar für nichtmarin-marine Korrelationen in den
IV