Una nueva investigación de Princeton muestra que los tiburones megadentados prehistóricos, los tiburones más grandes que jamás hayan existido, eran depredadores máximos en el nivel más alto jamás medido.

Los tiburones megadientes obtienen su nombre de sus enormes dientes, cada uno de los cuales puede ser más grande que una mano humana. El grupo incluye Megalodon, el tiburón más grande que jamás haya existido, así como varias especies relacionadas.

Si bien los tiburones de un tipo u otro han existido desde mucho antes que los dinosaurios, durante más de 400 millones de años, estos tiburones megadentados evolucionaron después de que los dinosaurios se extinguieron y gobernaron los mares hasta hace solo 3 millones de años.

"Estamos acostumbrados a pensar en las especies más grandes (ballenas azules, tiburones ballena, incluso elefantes y diplodocos) como filtradores o herbívoros, no como depredadores", dijo Emma Kast, Ph.D. licenciado en geociencias que es el primer autor de un nuevo estudio en la edición actual de Science Advances . "Pero Megalodon y los otros tiburones megadentados eran realmente enormes carnívoros que se alimentaban de otros depredadores, y Meg se extinguió hace solo unos pocos millones de años".

Su asesor Danny Sigman, profesor de ciencias geológicas y geofísicas de Dusenbury en Princeton, agregó:"Si Megalodon existiera en el océano moderno, cambiaría por completo la interacción de los humanos con el medio ambiente marino".

Un equipo de investigadores de Princeton ha descubierto pruebas claras de que Megalodon y algunos de sus antepasados ​​se encontraban en el peldaño más alto de la cadena alimentaria prehistórica, lo que los científicos llaman el "nivel trófico" más alto. De hecho, su firma trófica es tan alta que deben haber comido otros depredadores y depredadores de depredadores en una red alimenticia complicada, dicen los investigadores.

"Las redes alimenticias del océano tienden a ser más largas que la cadena alimenticia de los animales terrestres hierba-ciervo-lobo, porque comienzas con organismos tan pequeños", dijo Kast, ahora en la Universidad de Cambridge, quien escribió la primera iteración de esta investigación como un capítulo de su tesis. "Para alcanzar los niveles tróficos que estamos midiendo en estos tiburones megadentados, no solo necesitamos agregar un nivel trófico, un depredador superior en la parte superior de la cadena alimentaria marina, necesitamos agregar varios en la parte superior de la comida marina moderna. red."

El megalodón se ha estimado de manera conservadora en 15 metros de largo (50 pies), mientras que los grandes tiburones blancos modernos suelen alcanzar un máximo de cinco metros (15 pies).

Para llegar a sus conclusiones sobre la red alimentaria marina prehistórica, Kast, Sigman y sus colegas utilizaron una técnica novedosa para medir los isótopos de nitrógeno en los dientes de los tiburones. Los ecologistas saben desde hace tiempo que cuanto más nitrógeno-15 tiene un organismo, mayor es su nivel trófico, pero los científicos nunca antes habían podido medir las diminutas cantidades de nitrógeno conservadas en la capa de esmalte de los dientes de estos depredadores extintos.

"Tenemos una serie de dientes de tiburón de diferentes períodos de tiempo y pudimos rastrear su nivel trófico en comparación con su tamaño", dijo Zixuan (Crystal) Rao, estudiante de posgrado en el grupo de investigación de Sigman y coautor del artículo actual. .

Una forma de introducir uno o dos niveles tróficos adicionales es el canibalismo, y varias líneas de evidencia apuntan a ello tanto en los tiburones megadentados como en otros depredadores marinos prehistóricos.

La máquina del tiempo de nitrógeno

Sin una máquina del tiempo, no existe una manera fácil de recrear las cadenas alimenticias de criaturas extintas; muy pocos huesos han sobrevivido con marcas de dientes que dicen:"Me mordió un tiburón enorme".

Afortunadamente, Sigman y su equipo han pasado décadas desarrollando otros métodos, basados ​​en el conocimiento de que los niveles de isótopos de nitrógeno en las células de una criatura revelan si se encuentra en la parte superior, media o inferior de una cadena alimentaria.

"Toda la dirección de mi equipo de investigación es buscar materia orgánica químicamente fresca, pero físicamente protegida, incluido el nitrógeno, en organismos del pasado geológico distante", dijo Sigman.

Algunas plantas, algas y otras especies en la parte inferior de la red alimentaria han dominado la habilidad de convertir el nitrógeno del aire o el agua en nitrógeno en sus tejidos. Los organismos que los comen luego incorporan ese nitrógeno en sus propios cuerpos y, lo que es más importante, excretan preferentemente (a veces a través de la orina) más cantidad del isótopo más liviano del nitrógeno, N-14, que su primo más pesado, el N-15.

En otras palabras, el N-15 se acumula, en relación con el N-14, a medida que asciende en la cadena alimentaria.

Otros investigadores han usado este enfoque en criaturas del pasado reciente, los últimos 10 a 15 mil años, pero no ha quedado suficiente nitrógeno en animales más viejos para medir, hasta ahora.

¿Por qué? Los tejidos blandos como los músculos y la piel casi nunca se conservan. Para complicar las cosas, los tiburones no tienen huesos, sus esqueletos están hechos de cartílago.

Pero los tiburones tienen un boleto de oro en el registro fósil:dientes. Los dientes se conservan más fácilmente que los huesos porque están revestidos de esmalte, un material duro como una roca que es prácticamente inmune a la mayoría de las bacterias que se descomponen.

"Los dientes están diseñados para ser química y físicamente resistentes, de modo que puedan sobrevivir en el ambiente químicamente muy reactivo de la boca y romper los alimentos que pueden tener partes duras", explicó Sigman. Y además, los tiburones no se limitan a los 30 o más blancos nacarados que tienen los humanos. Están creciendo y perdiendo dientes constantemente (los tiburones de arena modernos pierden un diente cada día de sus décadas de vida, en promedio), lo que significa que cada tiburón produce miles de dientes durante su vida.

"Cuando miras en el registro geológico, uno de los tipos de fósiles más abundantes son los dientes de tiburón", dijo Sigman. "Y dentro de los dientes, hay una pequeña cantidad de materia orgánica que se usó para construir el esmalte de los dientes, y ahora está atrapada dentro de ese esmalte".

Dado que los dientes de tiburón son tan abundantes y se conservan tan bien, las firmas de nitrógeno en el esmalte brindan una forma de medir el estado en la red alimentaria, ya sea que el diente se haya caído de la boca de un tiburón hace millones de años o ayer.

Incluso el diente más grande tiene solo una fina capa de esmalte, del cual el componente de nitrógeno es solo una pequeña traza. Pero el equipo de Sigman ha estado desarrollando técnicas cada vez más refinadas para extraer y medir estas proporciones de isótopos de nitrógeno, y con un poco de ayuda de taladros de dentista, productos químicos de limpieza y microbios que finalmente convierten el nitrógeno del esmalte en óxido nitroso, ahora están capaz de medir con precisión la relación N15-N14 en estos dientes antiguos.

"Somos un poco como una cervecería", dijo. "Cultivamos microbios y les damos nuestras muestras. Ellos producen óxido nitroso para nosotros y luego analizamos el óxido nitroso que produjeron".

El análisis requiere un sistema de preparación de óxido nitroso automatizado y personalizado que extraiga, purifique, concentre y entregue el gas a un espectrómetro de masas de relación de isótopos estables especializado.

"Esta ha sido una búsqueda de varias décadas en la que he estado, para desarrollar un método central para medir estas cantidades mínimas de nitrógeno", dijo Sigman. De microfósiles en sedimentos, pasaron a otros tipos de fósiles, como corales, huesos de orejas de peces y dientes de tiburón. "A continuación, nosotros y nuestros colaboradores estamos aplicando esto a los dientes de los mamíferos y los dientes de los dinosaurios".

Una inmersión profunda en la literatura durante el confinamiento

Al principio de la pandemia, mientras sus amigas preparaban masa madre y se daban atracones de Netflix, Kast estudió detenidamente la literatura ecológica para buscar mediciones de isótopos de nitrógeno en animales marinos modernos.

"Una de las cosas geniales que hizo Emma fue profundizar en la literatura, todos los datos que se han publicado durante décadas, y relacionarlos con el registro fósil", dijo Michael (Mick) Griffiths, paleoclimatólogo y geoquímico de la Universidad William Patterson y coautor del artículo.

Mientras Kast estaba en cuarentena en su casa, construyó minuciosamente un registro con más de 20,000 individuos de mamíferos marinos y más de 5,000 tiburones. Quiere llevar las cosas mucho más lejos. "Nuestra herramienta tiene el potencial de descifrar redes alimentarias antiguas; lo que necesitamos ahora son muestras", dijo Kast. "Me encantaría encontrar un museo u otro archivo con una instantánea de un ecosistema:una colección de diferentes tipos de fósiles de una época y un lugar, desde foraminíferos cerca de la base misma de la cadena trófica hasta otolitos (huesos del oído interno). desde diferentes tipos de peces hasta dientes de mamíferos marinos, además de dientes de tiburón. Podríamos hacer el mismo análisis de isótopos de nitrógeno y armar toda la historia de un ecosistema antiguo".

Además de la búsqueda bibliográfica, su base de datos incluye sus propias muestras de dientes de tiburón. El coautor Kenshu Shimada de la Universidad DePaul se conectó con acuarios y museos, mientras que los coautores Martin Becker de la Universidad William Patterson y Harry Maisch de la Universidad de la Costa del Golfo de Florida recolectaron especímenes de megadientes en el fondo del mar.

"Es realmente peligroso; Harry es un maestro de buceo y realmente necesitas ser un experto para obtener estos", dijo Griffiths. "Puedes encontrar pequeños dientes de tiburón en la playa, pero para obtener las muestras mejor conservadas, debes ir al fondo del océano. Marty y Harry han recolectado dientes de todo el lugar".

Agregó:"Realmente ha sido un esfuerzo colaborativo obtener las muestras para lograr esto. En general, colaborar con Princeton y otras universidades regionales es realmente emocionante porque los estudiantes son increíbles y ha sido realmente grandioso trabajar con mis colegas".

Alliya Akhtar, un Ph.D. Graduado de Princeton, ahora es investigador postdoctoral en el laboratorio de Griffiths.

"El trabajo que hice para mi disertación (observar la composición isotópica del agua de mar) planteaba tantas preguntas como respuestas, y estaba increíblemente agradecido de tener la oportunidad de seguir trabajando en algunas de ellas con un colaborador/mentor al que respeto", Akhtar escribió en un correo electrónico. "¡Estoy muy entusiasmado con todo el trabajo que aún queda por hacer, todos los misterios que quedan por resolver!"