Original paper

The maar lake of Mahenge (Tanzania) unique evidence of Eocene terrestrial environments in sub-Sahara Africa

Kaiser, Thomas M.; Ansorge, Jörg; Arratia, Gloria; Bullwinkel, Volker; Gunnell, Gregg F.; Herendeen, Patrick S.; Jacobs, Bonnie; Mingram, Jens; Msuya, Charles; Musolff, Andreas; Naumann, Rudolf; Schulz, Ellen; Wilde, Volker

Abstract

Recent excavations at the Eocene maar lake of Mahenge (Tanzania) by a German/Tanzanian team produced more than 1,900 fossil vertebrate, plant and trace fossils, among which fishes (51 %) make up the largest part, followed by plant remains (36 %). Surface outcrops of lacustrine sediments suggest that the Eocene crater lake was about 400 m in diameter. A 3.8 meter long section of lacustrine deposits has been documented, among which are 1.1 meter of basal lacustrine sediments that never before have been exposed. Despite intense and most probably early diagenetic dolomitization sedimentary fabrics are well preserved. Sediments from the central part of the basin are well-bedded and in places show a fine and distinctive lamination. The overall sedimentation rate in the lake centre is estimated at 0.93 mm/year. Plant fossils are characterized by an abundance of (mostly) unattached Leguminosae leaflets representing at least eight taxa out of the total of 22-23 leaf taxa distinguished so far. The Eocene vegetation at Mahenge obviously was structurally similar to the modern "miombo" woodlands of Tanzania, which are also dominated by caesalpinioid legumes. Combined with the sedimentological data, the fossil flora indicates an overall dry climate with pronounced seasonality. The Mahenge maar lake has provided five different groups of fishes plus others still undescribed. These comprise the oldest known cichlids which may represent an early species flock. Ecological requirements of the extant relatives indicate redundant evidence of the existence of a shallow water area at the lakes margins. Mammals are so far only represented by the type specimen of Tanzanycteris mannardi Gunnell et al. (2003). T. mannardi differs from all known comparable Eocene microbats in having a much larger cochlear diameter relative to basicranial width. The extremely enlarged cochlea indicates that this bat had already developed sophisticated echolocation abilities. It is possible that Tanzanycteris represents a relatively primitive ancestral rhinolophoid but the balance of its other character states aligns it with the middle Eocene Messel Hassianycteridae. Mahenge and related maar lake deposits represent a rarely sampled temporal and geographical window, which is expected to produce more significant new information about the evolution of Paleogene ecosystems in Africa, the origin of the Malagasy biota and the origin of several modern groups of plants and vertebrates, especially mammals.

Kurzfassung

Neue Ausgrabungen im eozänen Maarsee von Mahenge (Tansania) durch ein deutsch/tansanisches Team haben mehr als 1900 fossile Vertebraten, Pflanzen und Spurenfossilien erbracht, unter denen Fische (51 %) den größten Teil ausmachen, gefolgt von Pflanzenresten (36 %). Aufschlüsse lakustriner Sedimente belegen, dass der eozäne Kratersee ungefähr einen Durchmesser von 400 m hatte. Ein 3,8 m langes Profil in lakustrinen Sedimenten wurde dokumentiert, darunter sind 1,1 m basale lakustrine Sedimente, die noch niemals zuvor aufgeschlossen waren. Obwohl eine intensive, sehr wahrscheinlich postdiagenetische Dolomitisierung stattgefunden hat, ist das sedimentäre Gefüge gut erhalten. Sedimente aus dem zentralen Abschnitt des Beckens sind gut geschichtet und zeigen stellenweise eine feine Laminierung. Die Sedimentationsrate im Seezentrum wird auf 0,93 mm/Jahr geschätzt. Unter den pflanzlichen Fossilien sind die meist isoliert gefundenen Blattfiedern von Leguminosen am häufigsten. Sie repräsentieren mindestens acht Taxa aus der Gesamtheit von 22-23 Blatttaxa, die bislang unterschieden werden konnten. Die eozäne Vegetation von Mahenge war offensichtlich ähnlich strukturiert wie die modernen Miombowälder von Tansania, die auch von caesalpinoiden Leguminosen dominiert werden. Kombiniert mit den sedimentologischen Daten, zeigt die fossile Flora ein insgesamt trockenes Klima mit ausgeprägter Saisonalität an. Der Kratersee von Mahenge hat fünf verschiedene Gruppen von Fischen geliefert, sowie andere, die noch unbeschrieben sind. Die Fischfossilien umfassen die ältesten bekannten Cichliden, bei denen es sich um einen frühen Artenschwarm handeln könnte. Die ökologischen Anforderungen der rezenten Verwandten liefern redundante Hinweise auf die Existenz einer Flachwasserzone an den Seerändern. Säugetiere sind bislang nur durch das Typusexemplar von Tanzanycteris mannardi Gunnell et al. 2003 belegt. T. mannardi unterscheidet sich von allen bekannten vergleichbaren eozänen Kleinfledermäusen durch einen im Verhältnis zur Basicranialbreite viel größeren Durchmesser der Cochlea. Die extrem vergrößerte Cochlea belegt, dass die Fledermaus schon die komplexe Fähigkeit der Echoorientierung entwickelt hatte. Es ist möglich, dass T. mannardi eine relativ ursprüngliche Rhinolophide ist. Die Ausgewogenheit ihrer sonstigen Merkmale stellen sie jedoch in eine Reihe mit den Hassianycteridae aus dem Mitteleozän von Messel. Mahenge und assoziierte Maarseesedimente repräsentieren ein bisher selten belegtes zeitliches und geographisches Fenster, von dem weitere bedeutsame neue Informationen zur Evolution paläogener Ökosysteme in Afrika, dem Ursprung der Malagasi-Biota und dem Ursprung verschiedener moderner Gruppen von Landpflanzen und Vertebraten, insbesondere der Säugetiere, erwartet werden können.

Keywords

mahengemaar lakeeocenepaleogenetanzaniaterrestrial environmentpalaeontologypalaeoecologypalaeoclimate