Uma nova pesquisa de Princeton mostra que os tubarões megadentes pré-históricos – os maiores tubarões que já viveram – eram predadores no nível mais alto já medido.
Os tubarões Megatooth recebem o nome de seus dentes enormes, que podem ser maiores que uma mão humana. O grupo inclui Megalodon, o maior tubarão que já viveu, bem como várias espécies relacionadas.

Embora os tubarões de um tipo ou de outro existam desde muito antes dos dinossauros – por mais de 400 milhões de anos – esses tubarões megadentes evoluíram depois que os dinossauros foram extintos e dominaram os mares até apenas 3 milhões de anos atrás.

"Estamos acostumados a pensar nas maiores espécies - baleias azuis, tubarões-baleia, até elefantes e diplodocos - como filtradores ou herbívoros, não predadores", disse Emma Kast, Ph.D. graduado em geociências que é o primeiro autor de um novo estudo na edição atual de Science Advances . "Mas Megalodon e os outros tubarões megadentes eram carnívoros genuinamente enormes que comiam outros predadores, e Meg foi extinta apenas alguns milhões de anos atrás."

Seu conselheiro Danny Sigman, professor de ciências geológicas e geofísicas de Princeton em Dusenbury, acrescentou:"Se Megalodon existisse no oceano moderno, mudaria completamente a interação dos humanos com o ambiente marinho".

Uma equipe de pesquisadores de Princeton descobriu agora evidências claras de que Megalodon e alguns de seus ancestrais estavam no degrau mais alto da cadeia alimentar pré-histórica - o que os cientistas chamam de "nível trófico" mais alto. De fato, sua assinatura trófica é tão alta que eles devem ter comido outros predadores e predadores-de-predadores em uma complicada teia alimentar, dizem os pesquisadores.

“As teias alimentares oceânicas tendem a ser mais longas do que a cadeia alimentar dos animais terrestres, porque você começa com organismos tão pequenos”, disse Kast, agora na Universidade de Cambridge, que escreveu a primeira iteração desta pesquisa como um capítulo de sua dissertação. "Para alcançar os níveis tróficos que estamos medindo nesses tubarões megadentes, não precisamos apenas adicionar um nível trófico - um predador no topo da cadeia alimentar marinha - precisamos adicionar vários no topo da comida marinha moderna rede."

O Megalodon foi estimado de forma conservadora em 15 metros de comprimento – 50 pés – enquanto os grandes tubarões brancos modernos normalmente atingem cerca de cinco metros (15 pés).

Para chegar às suas conclusões sobre a teia alimentar marinha pré-histórica, Kast, Sigman e seus colegas usaram uma nova técnica para medir os isótopos de nitrogênio nos dentes dos tubarões. Os ecologistas sabem há muito tempo que quanto mais nitrogênio-15 um organismo possui, maior seu nível trófico, mas os cientistas nunca antes foram capazes de medir as pequenas quantidades de nitrogênio preservadas na camada de esmalte dos dentes desses predadores extintos.

“Temos uma série de dentes de tubarão de diferentes períodos de tempo e conseguimos rastrear seu nível trófico versus seu tamanho”, disse Zixuan (Crystal) Rao, estudante de pós-graduação do grupo de pesquisa de Sigman e coautor do artigo atual. .

Uma maneira de reduzir um ou dois níveis tróficos extras é o canibalismo, e várias linhas de evidência apontam para isso em tubarões megadentes e outros predadores marinhos pré-históricos.

A máquina do tempo do nitrogênio

Sem uma máquina do tempo, não há maneira fácil de recriar as teias alimentares de criaturas extintas; muito poucos ossos sobreviveram com marcas de dentes que dizem:"Fui mastigado por um enorme tubarão".

Felizmente, Sigman e sua equipe passaram décadas desenvolvendo outros métodos, com base no conhecimento de que os níveis de isótopos de nitrogênio nas células de uma criatura revelam se ela está no topo, no meio ou na base de uma cadeia alimentar.

"Toda a direção da minha equipe de pesquisa é procurar matéria orgânica quimicamente fresca, mas fisicamente protegida - incluindo nitrogênio - em organismos do passado geológico distante", disse Sigman.

Algumas plantas, algas e outras espécies na base da cadeia alimentar dominaram a habilidade de transformar nitrogênio do ar ou da água em nitrogênio em seus tecidos. Os organismos que os comem incorporam esse nitrogênio em seus próprios corpos e, criticamente, excretam preferencialmente (às vezes pela urina) mais isótopo mais leve do nitrogênio, N-14, do que seu primo mais pesado, N-15.

Em outras palavras, o N-15 se acumula, em relação ao N-14, à medida que você sobe na cadeia alimentar.

Outros pesquisadores usaram essa abordagem em criaturas do passado recente – os mais recentes 10 a 15 mil anos – mas não havia nitrogênio suficiente em animais mais velhos para medir, até agora.

Por quê? Tecidos moles como músculos e pele quase nunca são preservados. Para complicar as coisas, os tubarões não têm ossos – seus esqueletos são feitos de cartilagem.

Mas os tubarões têm um bilhete dourado para o registro fóssil:dentes. Os dentes são mais facilmente preservados do que os ossos porque são envoltos em esmalte, um material duro como pedra que é praticamente imune à maioria das bactérias em decomposição.

"Os dentes são projetados para serem quimicamente e fisicamente resistentes para que possam sobreviver no ambiente quimicamente reativo da boca e quebrar alimentos que podem ter partes duras", explicou Sigman. E, além disso, os tubarões não se limitam aos cerca de 30 brancos perolados que os humanos têm. Eles estão constantemente crescendo e perdendo dentes – os modernos tubarões de areia perdem um dente todos os dias de suas décadas de vida, em média – o que significa que cada tubarão produz milhares de dentes ao longo de sua vida.

"Quando você olha no registro geológico, um dos tipos de fósseis mais abundantes são os dentes de tubarão", disse Sigman. "E dentro dos dentes, há uma pequena quantidade de matéria orgânica que foi usada para construir o esmalte dos dentes - e agora está presa dentro desse esmalte."

Como os dentes de tubarão são tão abundantes e tão bem preservados, as assinaturas de nitrogênio no esmalte fornecem uma maneira de medir o status na cadeia alimentar, se o dente caiu da boca de um tubarão há milhões de anos ou ontem.

Mesmo o maior dente tem apenas um fino invólucro de esmalte, do qual o componente de nitrogênio é apenas um pequeno traço. Mas a equipe de Sigman vem desenvolvendo técnicas cada vez mais refinadas para extrair e medir essas proporções de isótopos de nitrogênio e, com uma pequena ajuda de brocas de dentista, produtos químicos de limpeza e micróbios que finalmente convertem o nitrogênio do esmalte em óxido nitroso, eles agora estão capaz de medir com precisão a relação N15-N14 nestes dentes antigos.

"Somos um pouco como uma cervejaria", disse ele. "Cultivamos micróbios e os alimentamos com nossas amostras. Eles produzem óxido nitroso para nós, e então analisamos o óxido nitroso que eles produziram."

A análise requer um sistema de preparação de óxido nitroso automatizado e personalizado que extrai, purifica, concentra e entrega o gás a um espectrômetro de massa especializado de razão isotópica estável.

“Esta tem sido uma busca de várias décadas em que estive, para desenvolver um método central para medir essas quantidades vestigiais de nitrogênio”, disse Sigman. De microfósseis em sedimentos, eles passaram para outros tipos de fósseis, como corais, ossos de orelha de peixe e dentes de tubarão. “Em seguida, nós e nossos colaboradores estamos aplicando isso em dentes de mamíferos e dentes de dinossauros”.

Um mergulho profundo na literatura durante o bloqueio

No início da pandemia, enquanto seus amigos preparavam entradas de fermento e consumiam Netflix, Kast vasculhou a literatura ecológica em busca de medições de isótopos de nitrogênio de animais marinhos modernos.

"Uma das coisas legais que Emma fez foi realmente cavar na literatura - todos os dados que foram publicados ao longo de décadas - e relacioná-los com o registro fóssil", disse Michael (Mick) Griffiths, paleoclimatologista e geoquímico da William Patterson University e co-autor do artigo.

Enquanto Kast estava em quarentena em casa, ela construiu meticulosamente um registro com mais de 20.000 indivíduos de mamíferos marinhos e mais de 5.000 tubarões. Ela quer levar as coisas muito mais longe. "Nossa ferramenta tem o potencial de decodificar teias alimentares antigas; o que precisamos agora são amostras", disse Kast. "Eu adoraria encontrar um museu ou outro arquivo com um instantâneo de um ecossistema - uma coleção de diferentes tipos de fósseis de uma época e lugar, de forames próximos à base da cadeia alimentar, a otólitos - ossos do ouvido interno - de diferentes tipos de peixes, a dentes de mamíferos marinhos, além de dentes de tubarão. Poderíamos fazer a mesma análise de isótopos de nitrogênio e juntar toda a história de um antigo ecossistema."

Além da pesquisa na literatura, seu banco de dados inclui suas próprias amostras de dentes de tubarão. O coautor Kenshu Shimada, da Universidade DePaul, conectou-se com aquários e museus, enquanto os coautores Martin Becker, da Universidade William Patterson, e Harry Maisch, da Universidade da Costa do Golfo da Flórida, reuniram espécimes de megadentes no fundo do mar.

"É realmente perigoso; Harry é um mestre de mergulho, e você realmente precisa ser um especialista para conseguir isso", disse Griffiths. "Você pode encontrar pequenos dentes de tubarão na praia, mas para obter as amostras mais bem preservadas, você precisa ir até o fundo do oceano. Marty e Harry coletaram dentes de todos os lugares."

Ele acrescentou:"Tem sido um esforço realmente colaborativo para obter as amostras para reunir isso. Em geral, colaborar com Princeton e outras universidades regionais é realmente empolgante porque os alunos são incríveis e meus colegas de lá foram realmente ótimos para trabalhar".

Alliya Akhtar, Ph.D. graduado em Princeton, agora é pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Griffiths.

"O trabalho que fiz para minha dissertação (observando a composição isotópica da água do mar) levantou tantas perguntas quanto respondeu, e fiquei incrivelmente grato por ter a oportunidade de continuar trabalhando em algumas delas com um colaborador/mentor que respeito", disse Akhtar. escreveu em um e-mail. "Estou muito empolgado com todo o trabalho que ainda precisa ser feito, todos os mistérios ainda a serem resolvidos!"