Hvad spiste Megalodon? Alt, hvad den ville, inklusive andre rovdyr

Ny Princeton-forskning viser, at forhistoriske megatandshajer - de største hajer, der nogensinde har levet - var top-rovdyr på det højeste niveau nogensinde målt.

Megatooth-hajer får deres navn fra deres massive tænder, som hver især kan være større end en menneskelig hånd. Gruppen omfatter Megalodon, den største haj, der nogensinde har levet, samt flere beslægtede arter.

Mens hajer af den ene eller anden art har eksisteret længe før dinosaurerne – i mere end 400 millioner år – udviklede disse megatandhajer sig, efter at dinosaurerne uddøde og herskede over havene indtil for blot 3 millioner år siden.

"Vi er vant til at tænke på de største arter - blåhvaler, hvalhajer, selv elefanter og diplodocuses - som filterfødere eller planteædere, ikke rovdyr," sagde Emma Kast, en Ph.D. kandidat i geovidenskab, som er den første forfatter på en ny undersøgelse i det aktuelle nummer af Science Advances . "Men Megalodon og de andre megatandhajer var virkelig enorme kødædere, der spiste andre rovdyr, og Meg uddøde for kun et par millioner år siden."

Hendes rådgiver Danny Sigman, Princetons Dusenbury-professor i geologiske og geofysiske videnskaber, tilføjede:"Hvis Megalodon eksisterede i det moderne hav, ville det gennemgribende ændre menneskers interaktion med havmiljøet."

Et hold af Princeton-forskere har nu opdaget klare beviser for, at Megalodon og nogle af dets forfædre var på det allerhøjeste trin i den forhistoriske fødekæde - hvad forskerne kalder det højeste "trofiske niveau". Faktisk er deres trofiske signatur så høj, at de må have spist andre rovdyr og rovdyr i et kompliceret fødenet, siger forskerne.

"Havets fødevæv har en tendens til at være længere end græs-hjort-ulve fødekæden for landdyr, fordi du starter med så små organismer," sagde Kast, nu ved University of Cambridge, som skrev den første iteration af denne forskning som et kapitel i hendes afhandling. "For at nå de trofiske niveauer, vi måler i disse megatandhajer, behøver vi ikke blot at tilføje et trofisk niveau - et apex rovdyr oven på den marine fødekæde - vi skal tilføje flere oven på den moderne marine føde. web."

Megalodon er konservativt blevet anslået til 15 meter lang – 50 fod – mens moderne hvidhajer typisk topper omkring fem meter (15 fod).

For at nå frem til deres konklusioner om det forhistoriske marine fødenet brugte Kast, Sigman og deres kolleger en ny teknik til at måle nitrogenisotoperne i hajernes tænder. Økologer har længe vidst, at jo mere nitrogen-15 en organisme har, desto højere er dens trofiske niveau, men videnskabsmænd har aldrig før været i stand til at måle de små mængder nitrogen, der er bevaret i emaljelaget på disse uddøde rovdyrs tænder.

"Vi har en række hajtænder fra forskellige tidsperioder, og vi var i stand til at spore deres trofiske niveau i forhold til deres størrelse," sagde Zixuan (Crystal) Rao, en kandidatstuderende i Sigmans forskningsgruppe og en medforfatter på det aktuelle papir. .

En måde at få et ekstra trofisk niveau eller to på er kannibalisme, og flere beviser peger på det hos både megatandhajer og andre forhistoriske marine rovdyr.

Nitrogen-tidsmaskinen

Uden en tidsmaskine er der ingen nem måde at genskabe fødenettene af uddøde skabninger; meget få knogler har overlevet med tænder, der siger:"Jeg blev tygget på af en massiv haj."

Heldigvis har Sigman og hans team brugt årtier på at udvikle andre metoder, baseret på viden om, at nitrogenisotopniveauerne i et væsens celler afslører, om det er i toppen, midten eller bunden af ​​en fødekæde.

"Hele retningen for mit forskerhold er at lede efter kemisk frisk, men fysisk beskyttet, organisk materiale - inklusive nitrogen - i organismer fra den fjerne geologiske fortid," sagde Sigman.

Nogle få planter, alger og andre arter i bunden af ​​fødenettet har mestret evnen til at omdanne nitrogen fra luften eller vandet til nitrogen i deres væv. Organismer, der spiser dem, inkorporerer derefter dette nitrogen i deres egen krop, og kritisk udskiller de fortrinsvis (nogle gange via urin) mere af nitrogens lettere isotop, N-14, end dens tungere fætter, N-15.

Med andre ord opbygges N-15 i forhold til N-14, når du klatrer op i fødekæden.

Andre forskere har brugt denne tilgang på væsner fra den seneste tid – de seneste 10-15 tusind år – men der har ikke været nok nitrogen tilbage i ældre dyr til at måle, indtil nu.

Hvorfor? Blødt væv som muskler og hud bevares næsten aldrig. For at komplicere tingene, har hajer ikke knogler – deres skeletter er lavet af brusk.

Men hajer har én gylden billet til fossiloptegnelsen:tænder. Tænder bevares lettere end knogler, fordi de er indkapslet i emalje, et stenhårdt materiale, der praktisk talt er immunt over for de fleste nedbrydende bakterier.

"Tænder er designet til at være kemisk og fysisk resistente, så de kan overleve i det meget kemisk reaktive miljø i munden og bryde mad fra hinanden, der kan have hårde dele," forklarede Sigman. Og derudover er hajer ikke begrænset til de omkring 30 perlehvide, som mennesker har. De vokser konstant og mister tænder – moderne sandhajer mister i gennemsnit en tand hver dag i deres årtier lange liv – hvilket betyder, at hver haj producerer tusindvis af tænder i løbet af sin levetid.

"Når du ser i den geologiske optegnelse, er en af ​​de mest udbredte fossiltyper hajtænder," sagde Sigman. "Og inde i tænderne er der en lille mængde organisk materiale, som blev brugt til at bygge emaljen på tænderne - og som nu er fanget i den emalje."

Da hajtænder er så mange og bevares så godt, giver kvælstofsignaturerne i emaljen en måde at måle status i fødenettet, uanset om tanden faldt fra en hajs mund for millioner af år siden eller i går.

Selv den største tand har kun et tyndt hylster af emalje, hvoraf nitrogenkomponenten kun er et lille spor. Men Sigmans team har udviklet mere og mere raffinerede teknikker til at udvinde og måle disse nitrogenisotopforhold, og med lidt hjælp fra tandlægebor, rengøringskemikalier og mikrober, der i sidste ende omdanner nitrogenet inde fra emaljen til lattergas, er de nu i stand til præcist at måle N15-N14-forholdet i disse gamle tænder.

"Vi er lidt ligesom et bryggeri," sagde han. "Vi dyrker mikrober og fodrer vores prøver til dem. De producerer dinitrogenoxid til os, og så analyserer vi den lattergas, de producerede."

Analysen kræver et specialbygget, automatiseret lattergaspræparationssystem, der ekstraherer, renser, koncentrerer og leverer gassen til et specialiseret stabilt isotopforhold massespektrometer.

"Dette har været en flere årtier lang søgen, som jeg har været på, for at udvikle en kernemetode til at måle disse spormængder af nitrogen," sagde Sigman. Fra mikrofossiler i sedimenter gik de videre til andre typer fossiler, som koraller, fiskeøreknogler og hajtænder. "Dernæst anvender vi og vores samarbejdspartnere dette på pattedyrtænder og dinosaurtænder."

Et dybt dyk ned i litteraturen under lockdown

Tidligt i pandemien, mens hendes venner lavede surdejsstarter og overdøvede Netflix, søgte Kast gennem den økologiske litteratur for at lede efter nitrogenisotopmålinger af moderne havdyr.

"En af de seje ting, Emma gjorde, var virkelig at grave i litteraturen - alle de data, der er blevet offentliggjort i årtier - og relatere det til fossiloptegnelsen," sagde Michael (Mick) Griffiths, en palæoklimatolog og geokemiker ved William Patterson University og en medforfatter på papiret.

Da Kast var i karantæne derhjemme, opbyggede hun møjsommeligt en rekord med mere end 20.000 havpattedyrindivider og mere end 5.000 hajer. Hun vil gerne tage tingene meget længere. "Vores værktøj har potentialet til at afkode gamle fødevæv; hvad vi har brug for nu er prøver," sagde Kast. "Jeg ville elske at finde et museum eller et andet arkiv med et øjebliksbillede af et økosystem - en samling af forskellige slags fossiler fra én tid og sted, fra forammer nær selve bunden af ​​fødenettet, til otolitter - indre øreknogler - fra forskellige slags fisk, til tænder fra havpattedyr, plus hajtænder. Vi kunne lave den samme nitrogenisotopanalyse og sammensætte hele historien om et gammelt økosystem."

Ud over litteratursøgningen indeholder deres database deres egne prøver af hajtænder. Medforfatter Kenshu Shimada fra DePaul University havde forbindelse til akvarier og museer, mens medforfatterne Martin Becker fra William Patterson University og Harry Maisch fra Florida Gulf Coast University samlede megatandprøver på havbunden.

"Det er virkelig farligt; Harry er en dykkermester, og du skal virkelig være en ekspert for at få dem," sagde Griffiths. "Du kan finde små hajtænder på stranden, men for at få de bedst bevarede prøver skal du ned til bunden af ​​havet. Marty og Harry har samlet tænder overalt."

Han tilføjede:"Det har været en virkelig samarbejdsindsats for at skaffe prøverne til at trække dette sammen. Generelt er samarbejdet med Princeton og andre regionale universiteter virkelig spændende, fordi de studerende er fantastiske, og mine kolleger der har været rigtig gode at arbejde med."

Alliya Akhtar, en ph.d. kandidat fra Princeton, er nu postdoc-forsker i Griffiths' laboratorium.

"Det arbejde, jeg lavede til min afhandling (som kiggede på isotopsammensætningen af ​​havvand) stillede lige så mange spørgsmål, som det besvarede, og jeg var utrolig taknemmelig for at have muligheden for at fortsætte med at arbejde på nogle af disse med en samarbejdspartner/mentor, som jeg respekterer," Akhtar skrev i en mail. "Jeg er mest spændt på alt det arbejde, der stadig mangler at blive gjort, alle de mysterier, der endnu ikke er løst!"