Corals and bryozoans from the early Miocene coral reefs in La Guajira (northern Colombia)

Abstract

Shallow-water coral reefs are one of the most diverse environments on Earth, its play important ecosystem roles, interacting physically, biologically and geochemically with adjacent marine and terrestrial ecosystems. Reef corals thriving in the tropical regions of the planet, where thanks to the permanent light intensity and their association with symbionts algae they form the magnificent structural frameworks that we know. To know the resilience of reef fauna to diverse environmental and geological changes under natural, non-anthropized conditions, as well as the evolutionary processes of such fauna over time, provides baseline information for forecasting short-, medium-, and long-term scenarios, useful in decision-making for the sustainable management of these important ecosystems. The La Guajira Peninsula, located in the Caribbean basin at northeastern of Colombia, despite of being geographically in the tropic region, currently exhibit atypical environmental conditions that limit the optimal development of the coral reefs. However, the geological record tells a different story. The Siamaná Formation, of early Miocene age (ca. 20-23 Ma), outcrops in the northern peninsula, at foothills of the Cosinas, Jarara and Macuira ranges. There, abundant fossiliferous deposits rich in coral and malacofauna have been reported in the scarce geological studies carry out in the area. However, studies on the spatial-temporal distribution and sedimentology of the reef deposits, attempts at detailed paleoenvironmental interpretations, as well as comprehensive taxonomic studies of their components have not been carried out to date. Therefore, it is necessary to provide information that increase the knowledge of the reefs in the Colombian Caribbean and, it is of interest to answer the following questions: 1. What types of reef existed during the early Miocene in the Siamaná Formation? 2. How are these reefs distributed temporally and spatially? 3. What are the basic sedimentological features of these reefs? 4. What species of scleractinian corals, hydrocorals and bryozoans build them? 5. What role did these organisms play in the reef framework? 6. According to the assemblages observed, how were the paleoenvironmental conditions in the La Guajira coral reefs? Our observations indicate that during the early Miocene (ca. 23-20 Ma) there was a reef system in optimal development conditions on the southeastern margin of the Jarara range (current position). The landscape was dominated by two types of reefs that had a contemporary growth: 1. Patch-type reefs, distributed in a shallow lagoon area, with reduced inputs of terrestrial material from the Jarara paleoisland and, 2. Discontinuous barrier reefs, surround the same paleoisland. In both cases the scleractinian corals were the main bioconstructors. Both types of reefs were dominated by colonies of massive (domestones), erect (pillarstones) and their combinations (mixstones) forms, in clear and shallow water environments. Within bioclastic sediments surrounding the coral colonies (rudstone), rubble of mollusks, coral algae, benthic foraminifera and echinoderms are the most common. Of the studied fauna, a total of 32 morphospecies of corals belonging to 2 orders (Scleractinia and Anthoathecata), 12 families, and 15 genera have been described. Most of these species became extinct in two later pulses, the first one during the early Miocene and the second one during the transition from the Pliocene to the Pleistocene, and only three species continue to exist in modern Caribbean reefs. On the other hand, 32 morphospecies belonging to 2 orders (Cyclostomata and Cheilostomata), integrated in 20 families, and 28 genera, of which two genera and eight species are new to science, have been described in the fauna of bryozoans associated with coral reefs. The fauna found reveals that there could have been a faunal connection during the early Miocene with the Mediterranean Sea and the American Pacific, favored by the high capacity of some of the species to grow in various types of substrate and subsist in different types of environments. Although due to their small size the bryozoans did not play a priority role in the construction of reefs in the Siamaná Formation, their encrusting and erect colonies of cryptic habits contributed to the filling of cavities, cementation and accretion of structures. The species richness in both phyla suggests greater diversity in the barrier reefs than in the lagoon patch reefs. The Siamaná Formation still holds valuable information to be revealed. Future studies exploring new localities within the formation will contribute to improve the knowledge of the early Miocene reefs, as well as to discover new paleoenvironments and species of corals and bryozoans, which will help to clarify the evolutionary history of these two important groups. In addition, to understand the subsequent collapse of the reef communities in the Colombian La Guajira, it is necessary to extend the paleontological and sedimentary studies spatially and temporally.

Los arrecifes de coral de aguas someras se caracterizan por ser uno de los ambientes más diversos de la Tierra y cumplir con importantes roles ecosistémicos, interactuando de forma física, biológica y geoquímica con los ecosistemas marinos y terrestres adyacentes. Los corales arrecifales prosperan especialmente en la franja tropical del planeta, donde gracias a la permanente intensidad lumínica y a su asociación con las algas simbiontes forman los impresionantes marcos estructurales que conocemos. Entender la capacidad de respuesta de la fauna arrecifal ante los diversos cambios ambientales y geológicos bajo condiciones naturales no antropizadas, así como los procesos evolutivos de dicha fauna a lo largo del tiempo, proporciona información de línea base para pronosticar escenarios a corto, medio y largo plazo, útiles en la toma de decisiones para la gestión sostenible de estos importantes ecosistemas. La Península de La Guajira, ubicada en la cuenca del Caribe, al nordeste de Colombia, pese a estar geográficamente en el trópico, actualmente presenta condiciones ambientales atípicas que limitan el desarrollo óptimo de arrecifes de coral. No obstante, el registro geológico narra una historia diferente. La Formación Siamaná, de edad Mioceno temprano (ca. 20-23 Ma), aflora en al norte de la península, en las estribaciones de las serranías de Cosinas, Jarara y Macuira. En ella, abundantes depósitos fosilíferos, ricos en corales y malacofauna, han sido reportados en los escasos trabajos geológicos realizados en el área. Sin embargo, estudios acerca de la distribución espacio-temporal y la sedimentología de los depósitos arrecifales, intentos de interpretaciones paleoambientales detalladas, así como estudios taxonómicos exhaustivos de sus componentes no han sido efectuados hasta la fecha. Por ello, es importante aportar información que fortalezca el conocimiento de los arrecifes en el Caribe colombiano y es de interés responder a las siguientes cuestiones: 1. ¿Qué tipo de estructuras arrecifales existieron en el Mioceno temprano en la Formación Siamaná? 2. ¿Cómo están distribuidas dichas estructuras temporal y espacialmente? 3. ¿Cuáles son los rasgos sedimentológicos básicos de estos arrecifes? 4. ¿Qué especies de corales escleractinios, hidrocorales y briozoos los constituían? 5. ¿Que papel desempeñaban estos organismos en la estructura arrecifal? 6. Según las asociaciones observadas, ¿cómo eran las condiciones paleoambientales de los arrecifes de La Guajira? Nuestras observaciones indican que durante el Mioceno temprano (ca. 23–20 Ma) existió un sistema arrecifal en óptimas condiciones de desarrollo en el margen sureste de la serranía de Jarara (posición actual). El paisaje estuvo dominado por dos tipos de arrecife que tuvieron un crecimiento coetáneo: 1) Arrecifes de tipo parche, distribuidos en una zona lagunar poco profunda, con aportes reducidos de material terrígeno proveniente de la paleoisla de Jarara y, 2) Arrecifes de barrera discontinua, rodeando la misma paleoisla. En ambos casos los corales escleractinios fueron los principales organismos bioconstructores. Ambos tipos de arrecifes estuvieron dominados por colonias de formas masivas (“domestone”), erectas (“pillarstone”) y sus combinaciones (“mixstone”), en ambientes de aguas claras y poco profundas. En los sedimentos bioclásticos que rodean las colonias de coral (“rudstone”) son comunes los restos de moluscos, algas coralinas, foraminíferos bentónicos y equinodermos. De la fauna estudiada, en total se han descrito 32 morfo-especies de corales perteneciente a 2 órdenes (Scleractinia y Anthoathecata), 12 familias, y 15 géneros. La mayoría de estas especies se extinguieron en dos pulsos posteriores, el primero de ellos en el transcurso del Mioceno temprano y el segundo en la transición del Plioceno al Pleistoceno, y solo tres especies continúan existiendo en los arrecifes modernos del Caribe. Por otra parte, en la fauna de briozoos asociados a los arrecifes de coral se han descrito 32 morfo-especies pertenecientes a 2 órdenes (Cyclostomata y Cheilostomata), integrados en 20 familias, y 28 géneros, de los cuales dos géneros y ocho especies son nuevas para la ciencia. La fauna hallada revela que podría haber existido una conexión faunística durante el Mioceno temprano con el Mar Mediterráneo y el Pacifico americano, favorecida por la alta capacidad de algunas de las especies para crecer en varios tipos de sustrato y subsistir en diferentes tipos de ambientes. Aunque por su reducido tamaño los briozoos no cumplieron un papel prioritario en la construcción de arrecifes en la Formación Siamaná, sus colonias incrustantes y erectas de hábitos crípticos contribuyeron al relleno de cavidades, cementación y acreción de las estructuras. La riqueza de especies en ambos phyla sugiere una mayor diversidad en los arrecifes de barrera que en los parches de la laguna. La Formación Siamaná aún alberga información valiosa por ser desvelada. Futuros estudios que exploren nuevas localidades dentro de la formación contribuirán a mejorar el conocimiento de los arrecifes del Mioceno temprano, así como a descubrir nuevos paleoambientes y especies de corales y briozoos, que contribuyan a esclarecer la historia evolutiva de estos dos importantes grupos de organismos. Adicionalmente, para entender el posterior colapso de las comunidades arrecifales en La Guajira colombiana se hace necesario ampliar los estudios paleontológicos y sedimentarios espacial y temporalmente.