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, que pueden ser más grandes 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 una u otra especie existieron mucho antes que los dinosaurios, por más de 400 millones de años, estos tiburones megadentados evolucionaron después de que los dinosaurios se extinguieron y dominaron 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. de 2019. Geocientífico graduado, autor principal de un nuevo estudio en la edición actual de avances científicos. «Pero el megalodón y los otros tiburones megadentados eran carnívoros realmente enormes que se comían a otros depredadores, y Meg solo se extinguió hace unos pocos millones de años».

Su asesor Danny Sigman, profesor de Ciencias Geológicas y Geofísicas de Dusenbury en Princeton, agregó: «Si el megalodón existiera en el océano moderno, cambiaría fundamentalmente la forma en que los humanos interactúan con el medio ambiente marino».

Un equipo de investigadores de Princeton ha descubierto pruebas inequívocas de que el megalodón y algunos de sus antepasados ​​se encontraban en la cima 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 y lobo, porque se comienza 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 disertación. «Para alcanzar los niveles tróficos que estamos midiendo en estos tiburones megadentados, no solo tenemos que agregar un nivel trófico, un depredador en el ápice en la parte superior de la cadena alimentaria marina, necesitamos agregar varios en la parte superior de la red alimentaria marina moderna».

Megalodon se ha estimado de forma conservadora en 15 metros (50 pies) de largo, mientras que los grandes tiburones blancos modernos suelen tener alrededor de cinco metros (15 pies) de largo.

Para sacar 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 un conjunto 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 graduado en el grupo de investigación de Sigman y coautor del artículo actual.

Una forma de incorporar uno o dos niveles tróficos adicionales es el canibalismo, y varias líneas de evidencia lo sugieren, tanto en 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 redes alimenticias de criaturas extintas. muy pocos huesos han sobrevivido con marcas de dientes que dicen: «Me mordió un tiburón gigante».

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 un ser vivo revelan si se encuentra en la parte superior, media o inferior de una cadena alimentaria.

«La dirección general de mi equipo de investigación es buscar materia orgánica químicamente fresca pero protegida físicamente, 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 el truco de convertir el nitrógeno del aire o el agua en nitrógeno en sus tejidos. Los organismos que los comen incorporan este nitrógeno en sus propios cuerpos y, lo que es más importante, excretan preferentemente (a veces a través de la orina) más del isótopo más ligero del nitrógeno, N-14, que su primo más pesado, N-15.

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

Otros investigadores han aplicado este enfoque a criaturas del pasado más reciente (los últimos 10 a 15 000 años), pero hasta ahora, no quedaba suficiente nitrógeno en los animales más viejos para medirlo.

¿Por qué? Las partes blandas como los músculos y la piel apenas se conservan. Para empeorar las cosas, los tiburones no tienen huesos, sus esqueletos están hechos de cartílago.

Pero los tiburones tienen un boleto de oro para el registro fósil: los dientes. Los dientes son más fáciles de conservar que los huesos porque están rodeados de esmalte, un material duro como una roca que es prácticamente inmune a la mayoría de las bacterias corrosivas.

«Los dientes están diseñados para ser física y químicamente resistentes, de modo que puedan sobrevivir en el ambiente químicamente muy reactivo de la boca y descomponer los alimentos en partes duras», explicó Sigman. Además, los tiburones no se limitan a los 30 o más blancos nacarados que tienen los humanos. Crecen y pierden dientes constantemente: los tiburones de arena modernos pierden un promedio de un diente cada día durante sus décadas de vida, lo que significa que cada tiburón produce miles de dientes a lo largo de su vida.

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

Debido a que los dientes de tiburón son tan abundantes y están tan bien conservados, las firmas de nitrógeno en el esmalte dental 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, de la cual el contenido de nitrógeno es solo una pequeña traza. Pero el equipo de Sigman ha desarrollado técnicas cada vez más sofisticadas para extraer y medir estas proporciones de isótopos de nitrógeno, y con un poco de ayuda de taladros dentales, productos químicos de limpieza y microbios que finalmente convierten el nitrógeno del esmalte dental en óxido nitroso, ahora pueden hacerlo. Medición precisa de la relación N15-N14 en estos dientes viejos.

«Somos un poco como una cervecería», dice. “Criamos microbios y les damos de comer nuestras muestras. Producen óxido nitroso para nosotros y luego analizamos el óxido nitroso que producen”.

El análisis requiere un sistema de procesamiento 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 estoy 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 coral, huesos de orejas de pescado y dientes de tiburón. «A continuación, nosotros y nuestros colaboradores aplicamos esto a los dientes de mamíferos y dientes de dinosaurios».

Una inmersión profunda en la literatura durante el confinamiento

Al comienzo de la pandemia, mientras sus amigos preparaban aperitivos de masa fermentada e inundaban Netflix, Kast rebuscó en la literatura ecológica en busca de mediciones de isótopos de nitrógeno de las criaturas marinas modernas.

«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 William Patterson. Universidad y coautor del artículo.

En cuarentena en casa, Kast construyó minuciosamente un registro de más de 20.000 mamíferos marinos y más de 5.000 tiburones. Ella quiere ir mucho más allá. “Nuestra herramienta tiene el potencial de descifrar redes tróficas antiguas; lo que necesitamos ahora son muestras”, dice Kast. «Me gustaría 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 de la red alimentaria hasta otolitos (huesos del oído interno) de diferentes especies. de peces a través de dientes de mamíferos marinos a dientes de tiburón. Podríamos hacer el mismo análisis de isótopos de nitrógeno y reconstruir toda la historia de un ecosistema antiguo”.

Además de la investigación bibliográfica, su base de datos contiene sus propias muestras de dientes de tiburón. El coautor Kenshu Shimada de la Universidad DePaul analizó 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 del fondo marino.

«Es realmente peligroso; Harry es instructor de buceo y realmente tienes que ser un experto para conseguirlos», dijo Griffiths. “Puedes encontrar pequeños dientes de tiburón en la playa, pero para conseguir los ejemplares mejor conservados hay que ir al fondo del océano. Marty y Harry estaban recolectando dientes de todas partes”.

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