Большие белые акулы - самые крупные хищные акулы, обитающие в мировых морях, достигающие 20 футов в длину. Но так было не всегда. Миллионы лет назад семейство мегалозубых акул породило одного из самых крупных хищников, когда-либо живших на Земле: Otodus megalodon, который, по оценкам, вырастал до 50-60 футов.
Однако огромный мегалодон внезапно исчез из ископаемого наследия около 3,6 миллиона лет назад - вскоре после появления больших белых акул. Ученые предположили, что эти два вида могли конкурировать за добычу, что в конечном итоге и привело к вымиранию мегалодона.
Исследование, опубликованное 31 мая в журнале Nature Communications, косвенно подтверждает эту идею. Исследователи сравнили химический состав зубов живых и вымерших акул и пришли к выводу, что большие белые и мегалодон занимали схожие ступени доисторической пищевой цепи.
"Мегалодон - это во многом загадка", - говорит Альберто Колларета, палеонтолог из Пизанского университета в Италии, который не принимал участия в исследовании. Колларета изучал следы укусов, вероятно, сделанных акулами-мегалодонами, на окаменелых костях мелких китов и ластоногих (группа, включающая тюленей и их родственников). Наше понимание диеты мегалодона основано в первую очередь на таких отметинах и на зазубренных зубах акул, которые окаменевают быстрее, чем их хрящевые скелеты.
Новая статья "очень полезна и очень проницательна, поскольку она предоставляет количественные геохимические данные для проверки предыдущих гипотез", - говорит Колларета.
Большие белые акулы начали выходить за пределы Тихого океана и появляться в морях по всему миру около 4 миллионов лет назад. Это событие могло ускорить вымирание мегалодона, как ранее предполагали Роберт Боессенекер, палеонтолог из колледжа Чарльстона в Южной Каролине, который также не принимал участия в исследовании, и его коллеги.
"В то время я решил, что это был своего рода выстрел в темноте, и не слишком задумывался о том, как будет проверяться гипотеза", - написал Боссенекер в своем электронном письме. Новое исследование "не только попыталось это сделать, но и нашло доказательства, подтверждающие гипотезу!".
Рацион животного многое говорит о его поведении и роли в экосистеме, говорит Джереми Маккормак, геофизик из Франкфуртского университета имени Гете в Германии и соавтор новой работы. Внутри каждой экосистемы животные существуют в иерархии, известной как трофические уровни - травоядные, хищники или где-то между ними. Исследователи обычно определяют уровень животного, изучая различные варианты, или изотопы, азота в его организме. Животные накапливают более "тяжелый" изотоп азота из своей добычи: Этот изотоп более распространен в дентине зубов, коллагене костей и кератине хищников. Однако эти ткани плохо окаменевают, поэтому этот метод работает только для современных и недавно окаменевших животных.
Напротив, цинк - важнейшее питательное вещество для растений, животных и других организмов - откладывается в самой прочной части зубов: эмали, или, в случае акул, эмалеиде. Она сохраняется при окаменении зубов. Более того, доля "легкого" цинка увеличивается по сравнению с более "тяжелым" изотопом цинка у животных, находящихся выше по пищевой цепи. По словам Маккормака, ученые только недавно начали использовать этот метод, и исследование его группы - первое, в котором он применяется к акулам.
Исследователи изучили зубы 20 современных видов акул и других рыб, включая тигровых акул, бычьих акул, акул-мако, рыб-монахов и палтусов, а также 14 ископаемых акул. Анализ включал как современные, так и окаменелые зубы большой белой акулы.
Когда они сравнили содержание цинка в зубах мегалодона и окаменевших зубов большой белой акулы, то обнаружили схожее соотношение легких и тяжелых изотопов цинка. Это указывает на то, что эти животные занимали сходное положение в пищевой цепи. Возможно, они охотились на одних и тех же морских млекопитающих.
"Я бы не сказал, что они были главными хищниками в этой морской экосистеме", - говорит Маккормак. Но оба вида акул "точно находились высоко в пищевой цепи".
Зубы тигровых акул имели те же соотношения изотопов цинка, что и зубы доисторических, что говорит о том, что их трофический уровень не сильно изменился за миллионы лет. Но современные большие белые акулы, похоже, поднялись на несколько более высокий уровень, чем их предшественники. Кроме того, акулой с самым высоким трофическим уровнем был не мегалодон, а его предок Otodus chubutensis.
Рост и падение численности некоторых хищных животных - мелких китов с килевыми усами - может лежать в основе этих трофических сдвигов.
Китообразные киты потребляют огромное количество организмов, находящихся низко в пищевой цепи, таких как криль, вместо более крупных рыб, тюленей и других животных, которых предпочитают зубастые киты, такие как косатки. По словам Боссенекера, во времена существования O. chubutensis киты с китообразными были "довольно редки". Это означает, что O. chubutensis, вероятно, питался зубатыми китами.
Позднее на арене появились киты с китообразными усами, которые были гораздо меньше своих современных родственников и могли стать добычей мегалодона и первых больших белых китов. Эти киты в основном исчезли из ископаемых примерно в то время, когда вымер мегалодон. Их отсутствие могло привести к тому, что современные большие белые стали питаться более высокими звеньями пищевой цепи.
По словам Коллареты, если расширить анализ изотопов цинка на морских млекопитающих, которыми могли питаться мегалодон и большая белая акула, то можно сделать вывод о том, что эти животные питались на сходных трофических уровнях.
"Мы впервые показали, что изотопы цинка действительно сохраняют диетический сигнал на протяжении миллионов лет", - говорит Маккормак. "Этот метод очень перспективен, но, конечно, нам нужно исследовать его дальше, чтобы понять, как цинк ведет себя в организме и на разных трофических уровнях".
Другие палеонтологи в восторге от перспектив древнего цинка. "Это новый мощный инструмент для дальнейшего изучения трофической структуры вымерших морских позвоночных, - сказал Боэссенекер, - и я с нетерпением жду, когда подобные методы будут использованы на ископаемых морских млекопитающих".