Os tubarões megadentes cenozóicos ocuparam posições tróficas extremamente altas

AVANÇOS DA CIÊNCIA

22 de junho de 2022

Vol . 8 , Edição 25

Abstrato

A posição trófica é uma característica fundamental dos animais, mas é desconhecida em muitas espécies extintas. Neste estudo, confirmamos a razão 15 N/ 14 N de matéria orgânica ligada ao esmalte (δ 15 N EB ) como um proxy de nível trófico em comparação com o colágeno de dentina δ 15 N e aplicamos esse método ao registro fóssil para reconstruir o nível trófico dos tubarões megatooth (gênero Otodus ). Esses tubarões evoluíram no Cenozóico, culminando no Otodus megalodon , um tubarão com tamanho corporal máximo de mais de 15 m, que foi extinto há 3,5 milhões de anos. Valores muito altos de δ 15 N EB (22,9 ± 4,4‰) de O. megalodon do Mioceno e Plioceno mostram que ocupou um nível trófico mais alto do que é conhecido para qualquer espécie marinha, extinta ou existente. δ 15 N EB também indica uma mudança na dieta em tubarões da linhagem de megadentes à medida que evoluíram para o gigantesco O. megalodon , com o nível trófico mais alto aparentemente atingido antes do tamanho do pico.

INTRODUÇÃO

A ecologia de vertebrados marinhos antigos é frequentemente investigada com evidências fósseis de interações predador-presa, como marcas de mordida, conteúdo estomacal preservado ou coprólitos ( 1 ). Mais frequentemente, estratégias de alimentação e dieta são inferidas a partir das características morfológicas dos fósseis, como tamanho da mandíbula ou formato do dente [por exemplo, ( 2 – 4 )]. Evidências fósseis de interações predador-presa podem ser raras e tipicamente capturam apenas um instantâneo no tempo, enquanto as características morfológicas tendem a agrupar os táxons em categorias amplas e estão relacionadas não apenas à dieta atual, mas também à história acumulada de milhões de anos de evolução. por exemplo, ( 5)]. Além disso, a co-ocorrência de táxons informa a reconstrução ecológica, mas não confirma as interações entre os táxons. Essas abordagens fornecem hipóteses iniciais para ecossistemas e animais antigos, mas os avanços metodológicos fornecem novas oportunidades para proxies geoquímicos da dieta. Neste estudo, usamos um novo método geoquímico para preencher algumas dessas lacunas em nosso conhecimento, com foco nas dietas de tubarões megatooth Cenozóicos.

Nossa compreensão da ecologia animal antiga e moderna aumentou com a análise de isótopos estáveis. A composição estável de isótopos de carbono, oxigênio e estrôncio de ossos fósseis e esmalte dentário é usada para investigar produtores primários na cadeia alimentar; distinguir habitats terrestres, aquáticos e marinhos; e reconstruir a fisiologia [( 6 ) e suas referências]. A composição isotópica de cálcio (δ 44/42 Ca) do esmalte dentário (oide) e a composição isotópica de zinco (δ 66 Zn) do osso são proxies emergentes para o nível trófico no ambiente marinho ( 6 – 8 ). No entanto, a determinação do nível trófico a partir do registro fóssil ainda é pouco desenvolvida, principalmente em escalas de tempo de milhões de anos.

A composição isotópica de nitrogênio (δ 15 N) de tecidos animais é uma ferramenta poderosa e bem estudada na identificação do nível trófico em ecossistemas modernos [por exemplo, ( 6 )]. Os animais requerem nitrogênio de sua dieta. O δ 15 N dos tecidos animais, por sua vez, reflete o δ 15 N do nitrogênio da dieta, mas com uma elevação de aproximadamente 3‰, muitas vezes referido como o “fator de discriminação trófica” (TDF) ( 6 ). O TDF surge da discriminação isotópica associada ao metabolismo e excreção de nitrogênio, onde a excreção preferencial de 14 N como resíduo deixa o nitrogênio tecidual elevado em δ 15 N ( 6 ). Por causa dessa discriminação, o δ 15O N do tecido de um organismo pode ser usado como indicador de sua dieta e posição trófica.

Apesar desta base sólida para aplicação, δ 15 N só foi medido em vertebrados marinhos relativamente recentes (<14.000 anos), especificamente em colágeno ósseo fóssil [por exemplo, ( 9 , 10 )]. O colágeno não é bem preservado além de uma escala de tempo de 10.000 a 100.000 anos porque é quimicamente lábil e amplamente exposto, tornando-o suscetível a alterações e perdas durante a diagênese precoce ( 11 ). As ocorrências de colágeno preservado de milhões de anos são raras [por exemplo, ( 12 , 13 )]. Como resultado, a aplicação de proxies de nível trófico baseados em δ 15 N foi limitada ao passado recente.

Neste estudo, nos baseamos na prática bem estabelecida de usar δ 15 N para entender a ecologia e a dieta, introduzindo um novo substrato para reconstruções paleoecológicas baseadas em δ 15 N em escalas de tempo de milhões de anos: a matéria orgânica contendo nitrogênio ligada dentro a matriz mineral esmaltóide dos dentes de tubarão. O esmalte é uma estrutura de bioapatita altamente mineralizada com <5% em peso de matéria orgânica, análoga ao esmalte, embora com algumas diferenças na formação, estrutura e composição ( 14 , 15 ). A matéria orgânica ligada ao esmalte é composta de proteínas residuais da formação do dente ( 16). O método baseia-se em avanços técnicos na medição isotópica de quantidades nanomoles de nitrogênio (N), especificamente o método de oxidação-desnitrificação acoplado ( 17 – 19 ), que é necessário para medir a composição isotópica da concentração muito baixa de esmalte (oide) matéria orgânica ligada. Análises recentes mostraram que, semelhante a outros tecidos, o δ 15 N da matéria orgânica do esmalte dos dentes de mamíferos terrestres modernos registra a dieta e o enriquecimento do nível trófico ( 19 ). Ao contrário de outros tipos fósseis, o mineral apatita do esmalte (oide) é resistente à alteração ( 11 , 20 ). Além disso, outros proxies de matéria orgânica ligados a minerais, como o carbonato de foraminíferos, preservaram δ15 N sinaliza ao longo de escalas de tempo de milhões de anos ( 21 ), sugerindo que a matéria orgânica ligada ao esmalte pode ter um potencial de preservação semelhante, muito além das escalas de tempo possíveis com colágeno no osso e na dentina do dente.

Para confirmar o δ 15 N de matéria orgânica ligada ao esmalte (δ 15 N, δ 15 N EB ), comparamos δ 15 N EB e colágeno de dentina δ 15 N de dentes de tubarão de tigre de areia moderno ( Carcharias taurus ) . Em seguida, aplicamos o método δ 15 N EB ao registro fóssil para reconstruir a ecologia trófica de um grupo de grandes tubarões megadentes (gênero Otodus ) que evoluíram durante o Cenozóico (~66 a 3,5 milhões de anos atrás).

O tubarão megatooth mais notável é Otodus megalodon da família Otodontidae, com um comprimento corporal máximo estimado conservador de 15 a 20 m ( 22 , 23 ), o maior tubarão macrófago conhecido. Seus ancestrais incluem outras espécies do gênero Otodus que evoluíram de Cretalamna com raízes no Cretáceo ( 24 ). O. megalodon é bem conhecido no registro fóssil por seus grandes dentes, até 16,5 cm de altura total ( 23 ), e teve uma distribuição cosmopolita do Mioceno médio ao Plioceno médio (~ 16 a 3,5 milhões de anos atrás) ( 25 ). Causas climáticas e ecológicas [por exemplo, ( 25 -27 )] foram propostas para sua extinção há aproximadamente 3,5 milhões de anos ( 26 ), mas até agora, há evidências limitadas quanto à ecologia dos tubarões megadentes.

O. megalodon é amplamente assumido como um predador de ápice do oceano Neogene. Seus dentes grandes, triangulares e serrilhados [por exemplo, ( 2 )] e marcas de mordidas em fósseis de cetáceos e ossos de pinípedes sugerem que O. megalodon adulto tinha uma dieta de mamíferos marinhos [( 28 – 30 ) e referências nele contidas]. Embora esta evidência seja convincente, a tendência morfológica observada na linhagem de tubarões megatooth pode não necessariamente sugerir qualquer possível preferência ou mudança alimentar ( 31 ), e as marcas de mordida refletem eventos breves que podem não representar a dieta geral de O. megalodon . Um alto nível trófico para O. megalodon foi inferido de baixo δ 44/42Valores de Ca de dois dentes do Plioceno ( 7 ); no entanto, essa evidência é até agora limitada em escopo em relação ao tamanho da amostra, extensão temporal e distribuição espacial. Identificar a posição trófica desses tubarões megadentes é crucial para caracterizar sua ecologia e testar hipóteses sobre sua evolução e extinção que envolvam sua dependência ou competição com taxa específicos de mamíferos marinhos [por exemplo, ( 26 , 28 )].

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Precisão analítica das medições de δ 15 N EB

Avaliamos a precisão analítica da medição de δ 15 N EB com um padrão esmaltóide fóssil que foi executado em triplicado ao lado de amostras em cada lote. Para comparação, também executamos simultaneamente um padrão de carbonato de coral que é usado regularmente como referência geral de laboratório para medições de δ 15 N ligadas a minerais. O método para matéria orgânica ligada a coral-carbonato δ 15 N tem sido aplicado extensivamente, com incertezas analíticas que são bem compreendidas ( 32 ). Para os mesmos lotes de 2017 a 2020, a variabilidade de longo prazo (1 SD) foi de 0,70‰ (variabilidade média de 0,37‰ dentro dos lotes) para o padrão esmaltóide fóssil δ 15 N EBe 0,29‰ (variabilidade média de 0,21‰ dentro de lotes) para o padrão de carbonato de coral δ 15 N (fig. S1, A e B). Em termos de teor de nitrogênio (N), a variabilidade de longo prazo foi de 0,62 μmol N/g (7,4%, variabilidade média 0,38 μmol N/g dentro de lotes) para o padrão esmalóide fóssil e 0,11 μmol N/g (5,4%, média variabilidade 0,08 μmol N/g dentro de lotes) para o padrão de carbonato de coral (fig. S1, C e D).

A maior variabilidade do conteúdo de δ 15 N EB e N do padrão esmalóide fóssil de tubarão pode ser explicada tanto por uma propriedade intrínseca do material do esmalte que resulta em menor precisão analítica ou pela composição heterogênea da preparação do padrão esmalóide fóssil. A variabilidade de longo prazo é maior do que a variabilidade dentro de um lote de análises, sugerindo efeitos lote a lote da limpeza do esmalte: Isso não é capturado pelos padrões de isótopos de nitrogênio usados para corrigir nossos resultados de δ 15 N. Apesar desses detalhes técnicos, a precisão analítica é suficiente, especialmente devido à grande magnitude das diferenças de δ 15 N EB que observamos entre espécimes esmaltóides modernos e fósseis.

Verificação de base moderna do proxy δ 15 N EB

Embora o colágeno de dentina não seja uma fonte confiável de nitrogênio orgânico em fósseis antigos, o δ 15 N de colágeno de dentina em tubarões modernos foi estabelecido como um proxy de nível trófico que registra variações robustas no valor de δ 15 N da dieta ( 33 , 34 ). Como o colágeno dentinário e o esmaltóide são formados em períodos de tempo semelhantes, esperamos que os valores de δ 15 N desses tecidos variem em resposta à dieta e à fisiologia. Os valores de δ 15 N EB e colágeno de dentina δ 15 N de 13 dentes modernos de C. taurus de diferentes indivíduos são correlacionados (correlação de Pearson 0,75, t = 3,76, df = 11,P = 0,0031; Fig. 1 ). Os valores de δ 15 N de colágeno de dentina variam de 13,7 a 15,9‰, enquanto os valores de δ 15 N EB variam de 15,4 a 18,0‰. Uma regressão de Deming (regressão de mínimos quadrados total representando a razão de erros entre δ 15 N EB e colágeno de dentina δ 15 N) produz a relação δ 15 N EB ~ 0,97 [intervalo de confiança de 95% (CI): 0,44 a 1,5] × δ 15 N dentina-colágeno + 2,1‰ (IC 95%: -5,9 a 10,1‰) ( Fig. 1A ). O deslocamento médio entre δ 15 N EB e colágeno de dentina é de 1,7 ± 0,5‰ (Fig. 1B ).

Fig. 1 . Comparação entre δ 15 N EB e colágeno dentinário δ 15 N.
( A ) δ 15 N EB versus colágeno dentinário δ 15 N para 13 dentes modernos de *C. taurus .* Círculos abertos mostram cada amostra medida, a linha sólida é uma regressão de Deming com um CI de 95% bootstrap mostrado pela região cinza sombreada e a linha tracejada é 1:1. ( B ) Diferença entre δ 15 N EB e colágeno de dentina δ 15 N para as mesmas amostras medidas (círculos abertos) com um gráfico de caixa da distribuição.

Os valores modernos de C. taurus δ 15 N abrangem apenas 2‰, mas mostram-se promissores na estreita correspondência entre o colágeno ligado ao esmalte e à dentina δ 15 N ( Fig. 1 ). O nitrogênio orgânico dentro do colágeno esmaltóide e da dentina é derivado da dieta e, portanto, pode-se esperar que os valores de δ 15 N se sobreponham. O deslocamento de 1,7 ± 0,51‰ entre os valores de δ 15 N desses tecidos pode ser devido a diferenças na composição de aminoácidos. A mineralização do esmalte de tubarão ocorre com base em uma matriz de proteína orgânica ( 14 – 16 ) e estudos anteriores identificaram proteína não colagenosa dentro do esmalte [( 15 , 16 )) e suas referências]. Essa proteína é o principal componente do nitrogênio orgânico ligado ao esmalte e provavelmente possui uma composição de aminoácidos distinta do colágeno da dentina. Essa diferença de composição pode direcionar o δ 15 N desses tecidos, pois os aminoácidos podem ter valores distintos de δ 15 N [por exemplo, em tubarões; ( 35 )].

Uma consideração adicional é o tempo durante o qual o nitrogênio orgânico ligado ao esmalte e o colágeno da dentina integram o sinal δ 15 N da dieta. A mineralização do esmalte precede a formação e mineralização da dentina ( 15 ), com o momento exato sensível à taxa de substituição do dente. O tempo de integração também será afetado pelo tempo de residência do tecido. Um experimento de mudança de dieta com tubarões-leopardo em cativeiro (<1 m) teve um tempo de residência de 45 a 60 dias para a composição de isótopos de carbono e nitrogênio do colágeno de dentina ( 33 ). As taxas de incorporação tecidual escalam metabolicamente ( 36 , 37); portanto, os tubarões megatooth neste estudo provavelmente teriam tempos de residência mais longos. A diferença no tempo de integração do nitrogênio orgânico ligado ao esmalte e do colágeno de dentina tenderia a reduzir a correlação entre δ 15 N EB e colágeno de dentina δ 15 N e pode explicar parte da variabilidade do deslocamento observado de δ 15 N EB do colágeno de dentina ô 15 N ( Fig. 1B ). No entanto, é improvável que explique o deslocamento δ 15 N observado entre os dois tecidos.

O colágeno da dentina de tubarão tem um TDF de 2,0 a 2,8‰ ( 33 ), implicando um TDF de aproximadamente 4‰ para a matéria orgânica ligada ao esmalte. Este TDF esmaltóide é consistente com um experimento recente de alimentação controlada que estimou os valores de TDF para a matéria orgânica ligada ao esmalte dos dentes de roedores δ 15 N entre 1,9 e 4,9‰ ( 19 ). Os valores de δ 15 N EB de tubarões podem ser relacionados às medições de δ 15 N de outros tecidos de tubarão (músculo, plasma, glóbulos vermelhos e nadadeira) através de sua comparação com o colágeno de dentina δ 15 N ( 33 , 34 ). Notavelmente, o colágeno de dentina δ 15 N é em média 1,9 ± 0,7‰ menor que o músculo δ 15N ( 34 ). Combinado com nossas observações de valores de δ 15 N EB que são em média 1,7 ± 0,5‰ maiores que o colágeno de dentina δ 15 N, isso sugere que δ 15 N EB deve corresponder de perto ao músculo de tubarão δ 15 N. Estudos futuros devem amostrar uma gama mais ampla de colágeno de dentina δ 15 N e δ 15 N EB para validar o deslocamento que propomos. De qualquer forma, os espécimes em nosso estudo indicam uma relação robusta entre os valores de δ 15 N desses tecidos e fornecem uma estrutura para interpretar o nível trófico de dentes de tubarão fósseis.

δ 15 N ligado ao esmalte ao longo do tempo

Relatamos medições de δ 15 N EB para os modernos Carcharodon carcharias e Neogene C. carcharias , Carcharodon hastalis , Otodus chubutensis e O. megalodon , de uma variedade de localidades ( Fig. 2 ). Além disso, relatamos medições de δ 15 N EB para quatro ancestrais de O. megalodon : Cretáceo Superior Cretalamna sp., Paleoceno Otodus obliquus , Eoceno Otodus auriculatus e Oligoceno Otodus angustidens ( Fig. 2 ) ( 24 )). Comparamos esses dados com medidas de δ 15 N EB de táxons com dietas piscívoras ( 38 ): Scapanorhynchus spp. do Cretáceo Superior; Paleoceno Striatolamia spp., Scapanorhynchus elegans e Palaeohypotodus rutoti ; Eoceno Striatolamia macrota e Carcharias sp.; Oligoceno Carcharias sp.; Neogene Carcharias spp.; e moderno C. taurus ( Fig. 2). Morfologias e dentições distintas foram usadas para inferir as preferências de presas. Em geral, os dentes dos tubarões piscívoros são delgados, alongados e com bordas cortantes lisas, enquanto os de tubarões macropredatórios maiores, incluindo tubarões megadentes, são largos, robustos e serrilhados [( 3 ) e referências neles]. O δ 15 N EB médio de tubarões piscívoros varia entre 13,4 e 16,5‰ em todas as épocas. Valores elevados de δ 15 N EB são observados no Eoceno O. auriculatus (24,4 ± 1,5‰), Oligoceno O. angustidens (23,8 ± 3,2‰), Mioceno O. chubutensis (24,9 ± 2,8‰) e O. megalodondo Mioceno (21,8 ± 5,8‰) e Plioceno (23,4 ± 3,6‰). Intermediários a esses valores são O. obliquus no Paleoceno (20,0 ± 1,9‰) e C. carcharias no Plioceno (18,8 ± 2,1‰) e moderno (19,2 ± 1,2‰). C. hastalis , que deu origem a C. carcharias existente ( 39 ), tem valores de δ 15 N EB semelhantes a C. carcharias no Mioceno (18,9 ± 2,5‰), mas valores mais baixos e mais piscívoros no Plioceno (16,1 ± 3,5‰). O ancestral da linhagem megatooth ( Otodus ) , Cretalamna sp., tem δ 15 N EBvalores de 14,0 ± 0,7‰, semelhantes aos tubarões piscívoros do Cretáceo Superior contemporâneos.

Fig. 2 . δ 15 N ligado ao esmalte de tubarão.
( A ) Tubarão δ 15 N EB para cada época estudada, por táxon. Dentes de tubarão piscívoro são plotados como círculos cinzas. Caso contrário, as formas dos símbolos mostram o gênero (triângulo, *Cretalamna* ; diamante, *Otodus* ; quadrado, *Carcharodon* ) e as cores mostram a espécie. Símbolos pretos com barras de erro mostram a média δ 15 N EB ± 1 SD para cada gênero. Os números indicam o número de dentes medidos. Diagramas de dentes sobrepostos são dimensionados para o comprimento total estimado de cada espécie ( 22). O mapa mostra a localização dos dentes de tubarão amostrados; símbolos brancos estão coletando localidades, e círculos cinzas maiores agrupam os dentes em locais amplos, com o tamanho de acordo com o número de dentes. ( B ) Diferença média da espécie δ 15 N EB em relação ao tubarão piscívoro contemporâneo δ 15 N EB ± 1 SD. O deslocamento do nível trófico (eixo direito) é calculado a partir desta diferença δ 15 N EB usando um TDF de 2,5‰. Os asteriscos indicam espécies significativamente diferentes dos tubarões piscívoros contemporâneos (tabela S1).

Interpretando o sinal fóssil δ 15 N EB

Antes de interpretar os valores de δ 15 N EB de dentes fósseis em termos de nível trófico, abordamos a integridade geoquímica de δ 15 N EB e a potencial influência de variações de linha de base em δ 15 N. Exploramos a possibilidade de alteração diagenética do matéria orgânica examinando o teor de N do esmalte. Descobrimos que o teor de N do esmalóide fóssil é, em média, menor do que o esmalóide moderno (4,8 ± 2,0 μmol N/g versus 7,4 ± 1,9 μmol N/g), embora muitos dentes fósseis tenham conteúdo de N dentro da faixa dos dentes modernos (fig. S2, S3). O. megalodon”,têm um teor de N mais alto em relação às outras amostras de esmalteides fósseis, não um achado surpreendente, dadas as observações anteriores de diferenças específicas da espécie no teor de N ligado a biomineral [por exemplo, em foraminíferos ( 40 ), otólitos de peixes ( 41 ) e esmalte dentário ( 19 )]. O menor teor de N de algumas amostras fósseis pode sugerir perda de matéria orgânica da matriz esmaltóide. Se essa perda ocorresse com fracionamento isotópico substancial, esperaríamos uma correlação negativa entre o teor de δ 15 N EB e N para esses dentes, pois o nitrogênio orgânico residual seria deixado com um valor δ 15 N progressivamente mais alto [por exemplo, em ( 42)]. No entanto, isso não é observado (fig. S2) e, em vez disso, vemos uma correlação positiva fraca nos dados fósseis em geral, sem correlação significativa ao considerar os dados fósseis de megadentes ou tubarão piscívoro separadamente (fig. S2).

Nós hipotetizamos que o declínio do conteúdo de N do esmalte moderno para o fossilóide ocorreu durante a maturação diagenética precoce do esmalte (por exemplo, recristalização em pequena escala). Durante este processo, uma porção da matéria orgânica ligada a biomineral pode ser exposta e totalmente degradada sem preferência por sua composição química e/ou isotópica e, portanto, não tem impacto substancial no δ 15 N EB , semelhante ao observado em foraminíferos modernos ( 40 ).

Além da posição trófica, o δ 15 N dos tecidos animais é influenciado pelo δ 15 N de nitrogênio fornecido à base da teia alimentar. Esta assinatura δ 15 N “linha de base” é incorporada pelos autótrofos à medida que assimilam o nitrogênio biologicamente disponível do ambiente, tipicamente na forma de nitrato (NO 3 − ) ou amônio (NH 4 + ). A linha de base δ 15 N pode variar espacialmente ( 43 ) e ao longo do tempo [por exemplo, ( 21 )] devido a uma variedade de processos do ciclo de nitrogênio local e global no oceano ( 43 ) e pode complicar a interpretação de δ 15 N EBcomo um proxy de nível trófico. Assim, considerar a linha de base δ 15 N é importante na reconstrução do nível trófico.

Para restringir o impacto potencial das variações de δ 15 N da linha de base em nossos resultados de δ 15 N EB , examinamos os valores de δ 15 N EB dos tubarões piscívoros medidos neste estudo. Com base na morfologia de seus dentes e comparações com representantes modernos, assumimos que esses tubarões piscívoros mantiveram uma dieta e nível trófico semelhantes ao longo do tempo ( 38 ) e atribuímos variações de δ 15 N EB nesses táxons às variações de linha de base de δ 15 N que se propagam ao longo do cadeia alimentar. No oceano moderno, os valores de δ 15 N de grandes animais marinhos demonstraram refletir diretamente os padrões geográficos da linha de base δ15 N ( 44 ), embora uma extensa comparação temporal ou geográfica não tenha sido feita para valores de δ 15 N em tubarões modernos. As medições de δ 15 N de aminoácidos individuais podem separar os componentes tróficos e de linha de base da assinatura de δ 15 N na moderna ecologia de isótopos estáveis [( 35 ) e suas referências]. Infelizmente, essa abordagem ainda não é possível com nitrogênio orgânico ligado ao esmalte devido aos requisitos de tamanho da amostra analítica, mas pode ser um importante caminho a seguir no futuro com avanços metodológicos. O uso de táxons de tubarões piscívoros, em vez de táxons mais baixos na cadeia alimentar, como foraminíferos ou bivalves, para restringir a linha de base δ 15N é motivado pela noção de que esses tubarões são mais propensos a compartilhar uma faixa ambiental e, portanto, integram variações espaciais e temporais semelhantes da linha de base δ 15 N como os tubarões Otodus . Além disso, há continuidade adicional na comparação dos valores de δ 15 N do mesmo substrato, nitrogênio orgânico ligado ao esmalte.

De táxons piscívoros, observamos uma mudança mínima ao longo do tempo nos valores médios de δ 15 N EB ( Fig. 2 e fig. S4). Além disso, as diferenças médias de δ 15 N EB são <3‰ para gêneros que foram amostrados em vários locais, e essas diferenças são pequenas em relação às diferenças entre piscívoros e os outros táxons, que são conservados entre as localidades (fig. S5). A partir desses dados de δ 15 N EB de tubarões piscívoros , não vemos evidências de grandes efeitos δ 15 N de linha de base temporal ou geográfica e, portanto, interpretamos os δ 15 N EBvariações dos tubarões megatooth neste estudo como dominantemente um sinal de nível trófico.

Nível trófico e dieta de Otodus megalodon

Os valores de O. megalodon δ 15 N EB são muito altos, com uma grande faixa de valores tanto no Mioceno quanto no Plioceno ( Fig. 2A ). Os valores médios de δ 15 N EB para essas duas épocas são indistinguíveis e também são consistentes entre os locais; a média de O. megalodon δ 15 N EB no Japão, Carolina do Norte e Califórnia estão dentro de 3‰ um do outro, e as diferenças não são significativas (fig. S5). O. chubutensis , que deu origem a O. megalodon ( 2 ), tem valores de δ 15 N EB semelhantes ( Fig. 2A ).

Existe uma grande gama de valores de δ 15 N EB para O. megalodon ( Fig. 2A ). Geralmente, podemos descartar a variabilidade espacial de δ 15 N como a causa dessa grande faixa de δ 15 N EB , pois as diferenças entre as regiões são pequenas (fig. S5). A grande faixa de δ 15 N EB pode ser impulsionada por uma mudança ontogenética, onde O. megalodon maior ocupa um nível trófico mais alto, como visto em C. carcharias moderno ( 45 ). No entanto, com esse conjunto de dados, é improvável que possamos detectar mudanças ontogenéticas ou que mudanças ontogenéticas estejam impulsionando a grande disseminação desses δ15 N EB de O. megalodon , visto que as amostras aqui estudadas são em sua maioria de indivíduos de médio porte. Estimamos o comprimento total do animal a partir da altura da coroa de 12 dentes fósseis de O. megalodon que também foram medidos para δ 15 N EB . O comprimento estimado variou de 5,8 a 10,4 m, com comprimento médio de 8 ± 1,5 m (fig. S6). Observamos que muitas vezes visamos dentes fragmentados neste estudo, pois estávamos realizando análises destrutivas e, portanto, nossos tamanhos estimados são menos certos do que aqueles baseados em dentes completos. Em qualquer caso, os comprimentos totais estimados estão todos na faixa de tamanho médio da distribuição geral de tamanho de O. megalodon ( 46) e não apresentam correlação com δ 15 N EB (fig. S6).

Existem duas possibilidades pendentes para explicar o grande alcance em O. megalodon δ 15 N EB . Em primeiro lugar, podemos estar ignorando as mudanças de linha de base de alta frequência δ 15 N que não são evidentes ao analisar os espécimes agrupados por época. Essa possibilidade poderia ser investigada com informações mais precisas sobre a idade do espécime. Alternativamente, e nossa explicação preferida, a grande faixa de valores de δ 15 N EB para O. megalodon pode refletir um aspecto fundamental de sua ecologia, especificamente, uma dieta generalista, com indivíduos se alimentando de vários tipos de presas e diferentes níveis tróficos. Estudos ecológicos modernos mostraram grandes δ 15Variações de N entre indivíduos em muitos predadores de ponta, incluindo C. carcharias e outros tubarões, atribuídas ao comportamento alimentar generalista [por exemplo, ( 45 , 47 )]. Como a matéria orgânica ligada ao esmalte se integra em períodos de tempo relativamente curtos, não podemos distinguir entre diferenças interindividuais na preferência alimentar e comportamentos alimentares generalistas intraindividuais.

O δ 15 N EB de O. megalodon é, em média, 7,3‰ superior ao de tubarões piscívoros contemporâneos ( Fig. 2B ) e também significativamente superior ao maior tubarão macrófago existente, C. carcharias , indicando presas com um δ particularmente alto 15 N. TDFs estimados para músculo de tubarão, o tipo de tecido predominante em espécimes modernos, variam de 2,3 a 5,5‰, com a maioria dos valores na extremidade inferior desse intervalo ( 37 , 48 ). Os TDFs musculares também são relevantes aqui porque os valores de δ 15 N EB são aproximadamente equivalentes ao músculo δ 15N (veja a discussão moderna de verdade acima). Com base em toda a gama de TDFs estimados (2,3 a 5,5‰), O. megalodon está, em média, 1,3 a 3,2 níveis tróficos acima dos tubarões piscívoros, com alta probabilidade de estar mais de 2 níveis tróficos mais altos ( Fig . . 2B ). Considerando que o piscívoro moderno C. taurus tem um nível trófico estimado de 4,4 ( 49 ), isso implica um nível trófico médio de 5,7 a 7,6 para o O. megalodon ( Fig. 2B ) e um nível trófico variando de 3,3 no δ mais baixo 15 N EB individual a 9,6 no mais alto δ 15 N EBindivíduo, usando um TDF de médio alcance de 2,5‰. Esta conclusão fornece evidências geoquímicas quantitativas e integrativas de um nível trófico muito alto e flexível para O. megalodon e geralmente suporta inferências anteriores da morfologia do dente, marcas de mordidas fossilizadas em ossos de mamíferos marinhos e dados de δ 44/42 Ca do esmalte do dente ( 2 , 7 , 28-30 ) . _

Para contextualizar esses achados, estimamos δ 15 N dietético dos valores de O. megalodon δ 15 N EB subtraindo o deslocamento médio de 1,7‰ entre δ 15 N EB e colágeno de dentina δ 15 N ( Fig. 1B ) e um TDF médio de 2,5 ‰ associado ao colágeno dentinário ( 33 , 45 ). Isso resulta em uma estimativa de δ 15 N da dieta de 18,8 ± 4,4‰ para O. megalodon ( Fig. 3A ). Comparamos esta estimativa de δ 15 N da dieta com medições modernas de δ 15 N de mamíferos marinhos e tubarões da literatura (Fig. 3, B e C ). A metade inferior dos valores dietéticos estimados de δ 15 N corresponde bem com a faixa de δ 15 N de muitas espécies de mamíferos marinhos e tubarões. Por outro lado, os valores dietéticos mais elevados de δ 15 N são mais difíceis de combinar com a compilação dos valores de δ 15 N de tubarões e mamíferos marinhos modernos . Alguns mamíferos marinhos apresentam valores de δ 15 N em torno da dieta máxima estimada de O. megalodon δ 15 N, predominantemente focas orelhudas (família Otariidae). O valor mais alto, 26,2‰ para o colágeno ósseo de um jovem leão-marinho da América do Sul ( Otaria flavescens ) ( 50), é maior do que a dieta estimada mais alta δ 15 N de O. megalodon em ~1‰ ( Fig. 3 ). No entanto, esses altos valores de otarídeos δ 15 N são impulsionados em parte pela linha de base localmente elevada δ 15 N ao largo da costa leste da América do Sul ( 50 ). Além disso, a dependência de uma única espécie regional para explicar os cinco maiores valores de O. megalodon δ 15 N EB é provavelmente insuficiente. Os maiores valores de δ 15 N fora desta região são de um grupo de ursos polares ( Ursus maritimus , família Ursidae ) com um δ 15 N médio de 22,5‰ ( 51), uma presa improvável para O. megalodon dado seu habitat e origens no Pleistoceno ( 52 ), e uma orca individual ( Orca orcinus , família Delphinidae ) da Califórnia com um valor de δ 15 N de 22,5‰ ( 53 ). No entanto, estes não atingem os valores dietéticos mais elevados estimados de δ 15 N de 25‰.

Fig. 3 . Dieta estimada δ 15 N de *O. megalodon* em comparação com o tubarão moderno e mamífero marinho δ 15 N.
( A ) As barras cinzas mostram a dieta estimada δ 15 N, calculada subtraindo o deslocamento de 1,7‰ entre δ 15 N EB e colágeno dentinário δ 15 N e um TDF de 2,5‰ de cada valor de *O. megalodon* δ 15 N EB . As curvas mostram a distribuição do tubarão moderno (azul) e mamífero marinho (amarelo) δ 15 N da literatura (arquivos de dados S2 e S3). ( B ) Tubarão moderno e ( C ) mamífero marinho δ 15 N plotados por família e dimensionados pelo número de indivíduos em cada observação. A linha vertical sólida mostra a dieta média estimada δ 15 N deO. megalodon , e as linhas verticais tracejadas são a dieta mínima e máxima estimada δ 15 N. Símbolos x pretos em (B) são medidas de δ 15 N EB de *C. taurus* (família Carchariidae) e *C. carcharias* (família Lamnidae) modernos. Em (B), *C. carcharias* são destacados com símbolos preenchidos em branco, e em (C), ursos polares (família Ursidae) e orcas transitórias (família Delphinidae) são destacados com os mesmos símbolos.

Existem explicações possíveis que poderiam conciliar os valores muito altos de δ 15 N EB O. megalodon com os valores de δ 15 N de mamíferos marinhos modernos . Primeiro, os mamíferos marinhos Neogene podem ter se alimentado em níveis tróficos mais altos do que os representantes modernos, talvez devido a mudanças na diversidade ( 54 ) ou estratégias funcionais ( 55 ). Um exemplo pode ser a presença de cachalotes de rapina no Mioceno ( 4 ). Em segundo lugar, O. megalodon pode ter tido uma estratégia de alimentação única, como direcionar filhotes de mamíferos marinhos em amamentação ou canibalismo intraespecífico, os quais poderiam ter elevado seu δ 15 N [por exemplo, ( 56 , 57 ).)]. O canibalismo foi observado em tubarões modernos [por exemplo, ( 58 )]. Terceiro, podemos ter aplicado um TDF que é muito pequeno, aumentando artificialmente a estimativa de presas δ 15 N. Embora sejam necessárias restrições adicionais para estabelecer exatamente como O. megalodon individual alcançou esses valores elevados de δ 15 N EB , O. megalodon estava em um alto nível trófico que não é representado nas teias alimentares oceânicas modernas. Se olharmos para os predadores de mamíferos marinhos de nível trófico mais alto, orcas transitórias e ursos polares, seus valores de δ 15 N não cobrem a faixa de dieta estimada de O. megalodon δ 15 N ( Fig. 3), sem falar no δ 15 N dos próprios indivíduos de O. megalodon .

Esses resultados têm implicações para possíveis mecanismos de extinção bióticos de O. megalodon . Por exemplo, as hipóteses para a extinção de O. megalodon invocaram mudanças na diversidade e tamanho das baleias (mysticetes) ( 26 , 28 ). Os altos valores de δ 15 N EB de O. megalodon indicam que as baleias de barbatana não eram a presa dominante de O. megalodon , pois as baleias de barbatana modernas têm um nível trófico baixo e um δ 15 N correspondentemente baixo ( Fig. 3, famílias Balaenopteridae e Balaenidae). Dada a evidência fóssil de barbatanas, as espécies de misticetos do Mioceno e do Plioceno provavelmente tinham padrões de alimentação semelhantes às suas contrapartes modernas ( 59 – 61 ). Essas observações não descartam interações de segunda ordem entre O. megalodon e baleias de barbatanas, mas argumentam que a extinção de O. megalodon não se deveu à perda de baleias de barbatanas como sua principal presa.

Outro mecanismo proposto de extinção biótica envolve competição, em vez de disponibilidade de presas, ou seja, que a competição com o tubarão branco ( C. carcharias ) levou à extinção de O. megalodon ( 25 , 26 ). As diferenças significativas de δ 15 N EB entre O. megalodon e C. carcharias indicam que grandes indivíduos dessas espécies provavelmente não estavam competindo pela mesma dieta ( Figs. 2 e 3 ). No entanto, tem sido sugerido que C. carcharias pode ter competido com os juvenis de O. megalodon por recursos ( 26), o que pode ser plausível, uma vez que não relatamos valores de δ 15 N EB para O. megalodon pequeno (<5 m) neste estudo. Notamos que os valores de δ 15 N EB do Plioceno C. carcharias e Mioceno C. hastalis são semelhantes, o que sugere que o início dessa possível dinâmica de competição é anterior ao tempo de extinção de O. megalodon há 3,5 milhões de anos ( Fig. 2 ) ( 26 ). Um conjunto de dados δ 15 N EB maior para O. megalodone outros táxons de tubarões do Mioceno em diante, especialmente com restrições de idade em escala mais fina e foco em pequenos indivíduos, podem fornecer uma visão mais profunda de seu desaparecimento no Plioceno.

Evolução trófica dos tubarões megatooth

Do Cretáceo Superior ao Neógeno, o δ 15 N EB dos tubarões da linhagem megatooth (Otodus ) diverge daquele dos tubarões piscívoros contemporâneos ( Fig. 2 ). Considerando que Cretalamna sp. apresenta valores de δ 15 N EB semelhantes aos piscívoros Scapanorhynchus spp. da época, os valores de O. obliquus δ 15 N EB do Paleoceno são elevados em ~5‰ dos piscívoros contemporâneos, e no Eoceno, os valores de O. auriculatus são elevados em 11‰ ( Fig. 2B ). Esta divergência em δ 15 N EBreflete a evolução de tubarões megatooth em direção ao nível trófico muito alto de O. megalodon e suporta interpretações anteriores de mudanças na dieta com base na morfologia do dente ( 2 ).

O aumento inicial nos valores de δ 15 N EB dos tubarões megadentes ocorre entre o Cretáceo Cretalamna sp. e o Paleoceno O. obliquus , antes do surgimento dos mamíferos marinhos no Eoceno ( 62 ). Isso sugere que, pelo menos para os tubarões megadentes no Paleoceno, sua evolução para altos níveis tróficos e tamanho maior foi desconectada da história evolutiva dos mamíferos marinhos. Por outro lado, os mamíferos marinhos foram contemporâneos do muito alto δ 15 N EB Eoceno O. auriculatus ( 63). Essa coincidência pode indicar uma conexão entre a história evolutiva dos mamíferos marinhos e a transição do Paleoceno O. obliquus para os valores muito altos de δ 15 N EB do Eoceno até o Plioceno Otodus . Alguns taxa de cetáceos do Eoceno provavelmente estavam se alimentando em um alto nível trófico, incluindo comer baleias menores [por exemplo, ( 64 , 65 )], o que deveria ter resultado em altos valores de tecido δ 15 N. A predação nestes táxons pode ter contribuído para os valores muito altos de δ 15 N EB do Eoceno O. auriculatus . Estudos adicionais de dente de tubarão fóssil δ 15 N EBdeve ajudar a desvendar o papel dessas conexões macroevolutivas dos fatores oceanográficos e climáticos da evolução dos tubarões e do ecossistema marinho ao longo do Cenozóico.

Inesperadamente, os valores elevados de δ 15 N EB de O. megalodon em relação aos piscívoros contemporâneos já haviam sido alcançados por O. auriculatus no Eoceno e foram mantidos no Oligoceno por O. angustidens ( Fig. 2 ). Esses ancestrais de O. megalodon tinham um comprimento máximo estimado de pelo menos 8 m, mas eram marcadamente menores do que O. megalodon ( Fig. 4 ) ( 22 ). Esse padrão sugere que o tamanho enorme de O. megalodon não era uma condição necessária para seu nível trófico muito alto. Em vez disso, é possível que o nível trófico muito alto tenha contribuído para permitirOtodus evoluiu para o gigantismo, que foi estimulado pelos benefícios da endotermia regional e do canibalismo intrauterino baseado na oofagia de seus embriões ( 22 , 66 ).

Fig. 4 . Tendências no tamanho do corpo e nível trófico de tubarões megatooth ( *Otodus* ) ao longo do tempo, começando com seu ancestral *Cretalamna* sp.
Embora as formas corporais dos tubarões representados sejam hipotéticas, elas são dimensionadas em relação ao seu tamanho corporal máximo conservador estimado ( *Cretalamna* sp. 3,5 m, *O. obliquus* 8 m, *O. auriculatus* 9,5 m, *O. angustidens* 11,5 m, *O. chubutensis* 13,5 m , *O. megalodon* 15 m) ( 22 ) e posicionados verticalmente pela diferença média δ 15 N EB dos tubarões piscívoros contemporâneos. As idades são os limites entre os intervalos de tempo geológico (“Ma ago”, milhões de anos atrás). Ilustração de Christina Spence Morgan, copyright 2021.

MATERIAIS E MÉTODOS

Materiais

Este estudo examinou 162 espécimes de dentes de tubarões modernos e extintos alojados nas seguintes três instituições de repositório (arquivo de dados S1): Calvert Marine Museum (CMM), Solomons, MD, EUA; Museu de História Natural de San Diego (SDNHM), San Diego, CA, EUA; e Museu Nacional de História Natural dos Estados Unidos (USNM; Smithsonian Institution), Washington, DC, EUA. Os seguintes indivíduos ajudaram a garantir ou emprestar os espécimes depositados para amostragem destrutiva: MAB, G. Cliff, T. Deméré (SDNHM), S. Godfrey (CMM), D. Fox, K. Fujii, Y. Kurihara, H. Maisch, A. Millhouse (USNM), J. Nance (CMM), A. Sekita, K. Shimada, S. Tanaka, H.-D. Sues (USNM), D. Ward, B. Welton e T. Yamamoto. Para espécimes fósseis, as fontes primárias da literatura descrevendo a geologia e paleontologia das localidades de campo para os dentes examinados neste estudo incluem o seguinte: NC, Purdyet ai . ( 29 ), Maisch et al. ( 67 ), Maisch et al. ( 68 ); Japão, Shimada e Shimada ( 69 , 70 ); e NJ, Maisch et ai. ( 63 ). O horizonte estratigráfico exato para USNM 431694-1, 431694-2 e 431694-3 (fóssil C. carcharias dentes de Neuse River, NC, EUA) é incerto, mas eles são interpretados como tendo vindo do Plioceno porque C. carcharias é considerado como um táxon pós-Mioceno ( 39 ) e os depósitos marinhos do Plioceno são comuns na área ( 71 ).

Matéria orgânica ligada ao esmalte δ 15 N (δ 15 N EB )

A técnica para medir δ 15 N EB emprega métodos desenvolvidos para analisar o δ 15 N de quantidades nanomoles de nitrogênio ( 17 , 72 ) que foram aplicadas a outros biominerais modernos e fósseis, como conchas de foraminíferos ( 40 , 73 ), frústulas de diatomáceas ( 18 ), esqueleto de coral ( 32 ), otólitos de peixe ( 74 ) e esmalte de dente de mamífero ( 19 ) e agora adaptado para uso com esmalte de dente de tubarão.

Pós de esmalte de dentes de tubarão modernos e fósseis foram preparados por perfuração da camada de esmalte, com cuidado para evitar amostrar a dentina subjacente. As amostras foram perfuradas na Universidade de Princeton (Princeton, NJ) ou na Universidade William Paterson (Wayne, NJ).

Amostras de esmalte em pó foram limpas em três etapas. Cada amostra foi composta por aproximadamente 20 mg de pós esmaltóides. Entre cada etapa de limpeza, as amostras foram enxaguadas três vezes com água de alta pureza (HPW). Primeiro, 10 ml de uma solução de polifosfato a 10% (ajustado para pH 8 com a adição gradual de HCl grau reagente 4 N, ~ 2 ml) foi adicionado às amostras em tubos de centrífuga de 15 ml e as amostras foram sonicadas por 5 min para remover quaisquer argilas ou detritos externos. Em segundo lugar, 10 ml de uma solução de ditionito de sódio (31 g de citrato de sódio + 10 g de bicarbonato de sódio + 25 g de ditionito de sódio em 500 ml de HPW, ajustado para pH 8 com a adição de 2 ml de HCl grau reagente 4 N) foi adicionado e as amostras foram colocadas em banho-maria a 80°C por 1 hora. O objetivo desta etapa de limpeza redutiva é remover quaisquer revestimentos ou contaminantes oxidados. Terceiro, as amostras foram transferidas para frascos de borossilicato de 12 ml pré-moldados aos quais foram adicionados 5 ml de uma solução básica de persulfato de potássio (2 g NaOH + 2 g persulfato de potássio em 100 ml de HPW) e as amostras foram autoclavadas a 120°C por 1 hora. Esta última etapa de limpeza serve para oxidar e remover qualquer matéria orgânica externa à estrutura mineral do esmalte. As amostras foram lavadas quatro vezes com HPW e secas durante a noite em um forno a 60°C.

Entre 2 e 5 mg de pós esmaltóides limpos foram pesados em frascos de borossilicato de 4 ml pré-moldados. Para dissolver o esmalte e liberar a matéria orgânica ligada ao esmalte, foram adicionados 80 μl de HCl grau 4 N para HPLC e as amostras foram deixadas em repouso por até uma hora até que parecessem completamente dissolvidas. Para oxidar a matéria orgânica a nitrato, foi adicionado 1 ml de uma solução básica de persulfato de potássio (2 g de NaOH de alta pureza + 1 g de persulfato de potássio quatro vezes recristalizado em 100 ml de HPW destilado a baixa temperatura) e as amostras foram autoclavadas a 120°C por 1 hora para promover a oxidação. Duas referências de isótopos de aminoácidos, USGS40 (δ 15 N = -4,5‰) e USGS65 (δ 15 N = 20,68‰) ( 75 , 76), e os brancos foram oxidados concomitantemente com as amostras. Alíquotas dessas referências com quantidades de N variando de 5 a 50 nmol foram adicionadas a frascos de borossilicato de 4 ml pré-moldados e tratados de forma idêntica às amostras. Essas referências de aminoácidos permitiram correções de branco isotópico e serviram como uma verificação de que a oxidação das amostras foi concluída.

O alto pH da etapa de oxidação do persulfato precipita o cálcio dissolvido. Após a oxidação, as amostras foram centrifugadas a 6000 rpm por 10 min, e o sobrenadante contendo o nitrato da amostra foi pipetado para um novo frasco pré-combustão de 4 ml. As amostras foram então ajustadas das condições básicas de volta para um pH de ~7 por adições graduais de 4 N de HCl de grau de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC).

As concentrações de nitrato foram medidas por redução de vanádio(III) e quimioluminescência com um analisador Teledyne NOx ( 77 ). O nitrato foi então convertido em óxido nitroso ( N2O ) por uma cepa de bactérias desnitrificantes ( Pseudomonas chlororaphis ) que não possuem atividade de N2O redutase; o "método desnitrificador" é descrito em ( 17 , 72 ). O gás de amostra de N 2 O resultante foi analisado com um sistema automatizado de preparação de N 2 O personalizado que extrai, purifica, concentra e fornece o N 2 O a um espectrômetro de massa de razão de isótopo estável Thermo MAT253 ( 72 ).

Os valores isotópicos do nitrato da amostra analisada são relatados em relação ao ar, calibrados por referência a dois padrões de nitrato IAEA-NO3 (δ 15 N = 4,7‰) e USGS34 (δ 15 N = −1,8‰) ( 78 , 79 ). O δ 15 N do branco associado ao procedimento de oxidação foi calculado a partir da diferença entre o verdadeiro δ 15 N e os valores medidos de δ 15 N dos padrões de aminoácidos USGS40 e USGS65, e a amostra δ 15N é corrigido em branco usando este valor e o tamanho medido do branco. Os tamanhos de branco de oxidação típicos são de 0,3 a 0,5 nmol de nitrogênio, representando <10‰ do nitrogênio total. Triplicatas de padrões internos de carbonato de coral e esmalte de dente de tubarão fóssil são executados com cada lote para monitorar a precisão e exatidão do método acoplado de oxidação-desnitrificação. A reprodutibilidade a longo prazo desses padrões internos é de 0,3 e 0,7‰ 1 SD, respectivamente. Quando possível, dadas as restrições de material, amostras replicadas foram executadas. Como parte da análise isotópica, o teor de N para cada amostra em micromoles de nitrogênio por grama de esmalte (μmol N/g) também é relatado. Todos os dados de conteúdo δ 15 N e N ligados ao esmalte de amostras individuais, bem como δ 15 ligados ao esmalteOs dados de teor de N e N dos padrões de esmalte fóssil e carbonato de coral são relatados no arquivo de dados S1.

Medições de colágeno de dentina δ 15 N

O colágeno foi isolado da dentina do dente para determinar a composição isotópica estável do nitrogênio orgânico. Pós de dente de tubarão modernos foram preparados por perfuração da camada de dentina. Primeiro, 3 a 4 mg de pó de amostra foram transferidos para tubos de microcentrífuga. Em seguida, 1,5 ml de HCl 0,1 M resfriado foi adicionado e as amostras foram deixadas desmineralizar sob refrigeração por 25 min. Após a desmineralização, as amostras foram lavadas cinco vezes com água deionizada e liofilizadas durante a noite. As amostras foram pesadas para 0,4 a 0,5 mg em cápsulas de estanho de 3 × 5 mm. As amostras de colágeno foram medidas para δ 15Valores de N usando um Analisador Elemental Costech 4010 acoplado a um espectrômetro de massa de razão de isótopos de fluxo contínuo Delta V Plus com um Conflo IV no Laboratório de Ecossistema de Isótopos Estável da (SIELO) Universidade da Califórnia Merced. Todos os dados foram corrigidos para linearidade e desvio usando um conjunto de materiais de referência calibrados [USGS 40 ( n = 9, δ 15 N = −4,52 ± 0,16‰); USGS 41a ( n = 5, ô 15 N = 47,55 ± 0,08‰); Costech acetanilida ( n = 4, δ 15 N = -0,38 ± 0,06‰)]. Os valores de colágeno de dentina δ 15 N são relatados no arquivo de dados S1.

Estimativas de tamanho de O. megalodon

Os comprimentos totais de indivíduos de O. megalodon foram estimados a partir das alturas da coroa dentária (CH) dos dentes fósseis. Usamos Perez et al. ( 2 , 23 ) dentições reconstruídas de O. chubutensis e O megalodon com base em um conjunto de dentes desarticulado mas associado para determinar a posição aproximada do dente de cada uma de nossas amostras de O. megalodon e determinar a porção perdida no caso de espécimes fragmentários . Este processo levou à determinação da posição aproximada do dente para um total de 12 espécimes dentais.

Para estimativas de comprimento total, usamos as funções lineares de Shimada ( 80 , 81 ) que representam relações CH–para–comprimento total de C. carcharias existentes . Pérez et ai. de ( 23), o método de estimativa do comprimento total, que também requer suposições adicionais e conhecimento da largura da copa ou sua relação com a altura da copa, não foi prontamente aplicável às nossas amostras porque muitas delas eram fragmentárias, tornando a largura da copa muito incerta. Entre os 12 espécimes de dentes, CMM-V-10506, 10971 e 10974 foram identificados como dentes anteriores superiores por causa de sua coroa alta simétrica, larga (= não constrita) e função linear de Shimada (2019) para dentes anteriores superiores (“U” ), que ainda fornece estimativas robustas de comprimento total ( 23 ), foi usado ( 81 ). O CMM-V-10505 foi identificado como um dente anterior inferior por causa de sua coroa alta simétrica, mas constrita, e o de Shimada ( 81) foi utilizada a função linear para os dentes anteriores inferiores (“L”). CMM-V-10507, 10508, 10509, 105968, 10970, 10973 e SDNHM 143306-C foram identificados como equivalentes a um dos dentes laterais superiores localizados mesialmente (especificamente o terceiro ao sexto dentes na dentição reconstruída de Perez et al. ) ( 2 , 23 ) devido à sua copa assimétrica (isto é, inclinada), mas larga apresentando uma altura semelhante à sua largura. Como a posição exata do dente desses sete espécimes não pôde ser determinada de forma decisiva, usamos o Shimada ( 80) função linear para o segundo dente lateral superior (“L2”) que produziu as estimativas de comprimento total mais conservadoras entre os dentes laterais superiores localizados mesialmente. CMM-V-10502 com uma coroa simétrica, mas constrita foi determinada como equivalente ao segundo ou terceiro dente lateral inferior em C. carcharias , e usamos a função de Shimada ( 80 ) para o segundo dente lateral inferior (“l2”), que deram uma estimativa de comprimento total mais conservadora em relação àquela baseada no terceiro dente lateral inferior. O comprimento total estimado para cada um desses 12 espécimes é relatado no arquivo de dados S1.

Literatura de tubarões e mamíferos marinhos valores δ 15 N

As medições modernas de tecido de tubarão δ 15 N foram compiladas a partir da literatura. As pesquisas de tópicos da Web of Science para [tubarão de isótopo de nitrogênio] foram recuperadas (156 resultados em 24 de março de 2021). Destes, 106 tinham dados relevantes de δ 15 N de tubarões modernos: dados de amostras anteriores a ~1900, estudos focados em métodos com apenas um ou dois indivíduos, análises específicas de compostos, animais em cativeiro e dados relatados em estudos anteriores foram considerados não relevantes . O banco de dados foi então compilado a partir de 64 artigos para os quais os dados de δ 15 N estavam disponíveis em tabelas suplementares ou em tabelas no texto, ou resumidos com uma média e DP no texto.

As medições de tecido de mamífero marinho moderno δ 15 N foram compiladas de forma semelhante a partir da literatura. O tópico da Web of Science pesquisa [isótopo de nitrogênio de mamífero marinho] (293 resultados em 24 de março de 2021), [isótopo de nitrogênio e (baleia OU golfinho OU boto OU leão-marinho OU foca OU morsa OU lontra) NÃO (mamífero marinho)] (488 resultados em 24 de março de 2021) e [isótopo de nitrogênio AND (urso polar OR sirênio OR peixe-boi OR dugongo)] (84 resultados em 1º de outubro de 2021) foram recuperados. As segundas buscas foram feitas para acessar artigos que focam em uma família específica de mamíferos marinhos e não incluem o termo “mamífero marinho”, o que significa que eles foram perdidos na busca original. Destes resultados, 330 tiveram δ 15 relevantesdados N; dados de amostras anteriores a ~1900, estudos focados em métodos, análises específicas de compostos, botos, animais em cativeiro e dados relatados em estudos anteriores foram todos excluídos. O banco de dados foi então compilado a partir de 225 artigos para os quais os dados de δ 15 N estavam disponíveis em tabelas suplementares ou em tabelas no texto, ou resumidos com uma média e DP no texto.

Tanto para as compilações de literatura de tubarões quanto de mamíferos marinhos, a informação mais individualizada possível foi registrada: Se um artigo relatasse os valores de isótopos por tubarão ou mamífero marinho, seja no texto principal ou nos materiais suplementares, estes eram adicionados ao banco de dados como observações únicas. Em muitos casos, os artigos incluíam apenas estatísticas resumidas para um grupo de indivíduos, neste caso essa informação, juntamente com o número de indivíduos e o desvio padrão, foi incluída como observação. Além disso, uma variedade de coleta, tipo de tecido e informações taxonômicas foram registradas. Esses dois bancos de dados, descrições de variáveis e listas de citações são fornecidos nos arquivos de dados S2 e S3.

Análise de dados

A análise e visualização dos dados foram feitas com o software estatístico R ( 82 ) usando os pacotes arrumaverse ( 83 ) e BSDA ( 84 ) . Relatamos médias ±1 SD, salvo indicação em contrário. A regressão entre δ 15 N EB e colágeno de dentina δ 15 N foi feita com uma regressão de Deming bootstrapped, com a razão de erros sendo definida em 3,5 (0,7‰ 1 SD para medições de δ 15 N EB e 0,2‰ 1 SD para colágeno de dentina δ medições de 15 N). A diferença δ 15 N EB na Fig. 2B foi calculada subtraindo a média de todos os tubarões piscívoros δ 15N EB de todas as outras espécies de tubarões em média δ 15 N EB , para cada época. Os erros foram totalmente propagados. Testes t de Welch foram usados para comparar espécies δ 15 N EB com δ 15 N EB de tubarões piscívoros contemporâneos ( Fig. 2B e tabela S1).

Agradecimentos

Agradecemos aos indivíduos listados na seção “Materiais” por garantirem ou nos emprestarem os espécimes listados no arquivo de dados S1, JA Higgins pela contribuição geral e C. Spence Morgan pela Fig. 4 .

Financiamento: Este estudo foi financiado pelo Fundo Scott do Departamento de Geociências da Universidade de Princeton, por doações da National Science Foundation Sedimentary Geology and Paleobiology (1830581 para MLG e MAB; 1830638 para RAE; 1830480 para SLK; e 1830858 para KS) , o European Research Council Consolidator Grant Agreement 681450 (para JNL, concedido a T. Tütken), a Max Planck Society (para AM-G. e GHH) e o American Chemical Society Award, Petroleum Research Fund Undergraduate New Investigator Grant, PRF #54852-UNI2 (para MLG).

Contribuições dos autores: Conceituação: ERK, MLG e DMS Curadoria de dados: ERK, MLG, SLK, ZCR, KS, MAB, HMM e AAA Análise formal: ERK, KS e MEK Aquisição de financiamento: MLG, SLK, KS, MAB, RAE, AM-G., GHH e DMS Investigação: ERK, ZCR, KS, CAC, ANN e MEK Metodologia: ERK, KS, TL, JNL e XTW Administração do projeto: ERK, MLG, SLK e KS Recursos: MLG, SLK, KS, MAB, HMM, RAE, AM-G., GHH e DMS Supervisão: MLG, SLK, MAB, HMM, AM-G., GHH e DMS Validação: TL, JNL e AM-G . Visualização: ERK Writing—rascunho original: ERK e DMS Writing—revisão e edição: Todos os coautores.

Interesses concorrentes : Os autores declaram que não têm interesses concorrentes.

Disponibilidade de dados e materiais: Todos os dados necessários para avaliar as conclusões do artigo estão presentes no artigo e/ou nos Materiais Suplementares.

Materiais Complementares

Este arquivo PDF inclui:

Figs. S1 a S6

Tabela S1

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Outro material suplementar para este manuscrito inclui o seguinte:

Dados S1 a S3

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REFERÊNCIAS E NOTAS

AA Klompmaker, PH Kelley, D. Chattopadhyay, JC Clements, JW Huntley, M. Kowalewski, Predação no registro fóssil marinho: Estudos, dados, reconhecimento, fatores ambientais e comportamento. Terra Sci. Rev. 194 , 472-520 (2019).

domingo, 26 de junho de 2022