馬克思·普朗克演化人類學(xué)研究所：與大白鯊競(jìng)爭(zhēng)或?qū)е戮摭X鯊滅絕的新線索 _巨齒鯊

上新世早期巨齒鯊與現(xiàn)代大白鯊的牙齒尺寸對(duì)比（圖自：MPI / Evolutionary Anthropology）
（）據(jù)cnBeta：馬克思·普朗克演化人類學(xué)研究所的一支團(tuán)隊(duì)，剛剛介紹了“與大白鯊競(jìng)爭(zhēng)或?qū)е戮摭X鯊滅絕”的新線索。研究領(lǐng)隊(duì) Jeremy McCormack 指出，作為有史以來(lái)最大的鯊魚，巨齒鯊（Otodus megalodon）生活在 23~360 萬(wàn)年前的地球海洋中。
據(jù)悉，巨齒鯊的長(zhǎng)度可達(dá) 20 米（65 英尺）、重 103 噸，在“史上最強(qiáng)捕食者”列表中絕對(duì)可以排得上名號(hào) 。相比之下，現(xiàn)代大白鯊的體長(zhǎng)只有 6 米（20 英尺）、重約 2268 公斤（5000 磅）。
然而最近針對(duì)兩個(gè)鯊魚物種牙齒中的鋅同位素展開的新研究，又讓我們對(duì)古代鯊魚的掠食習(xí)性有了更深入的見解 —— 推測(cè)兩者都在捕食極其相似的獵物。
同位素分析是了解生物習(xí)性的一種有力工具，因?yàn)槟撤N元素與另一種元素的比率差異，可幫助科學(xué)家們追溯其食物來(lái)源、飲食習(xí)性、及其在食物鏈中的所處位置。
與此同時(shí) ， MPI 研究人員還希望推斷出掠食競(jìng)爭(zhēng)在該物種的巨大化和滅絕過(guò)程中都發(fā)揮了多大的影響。
通常情況下，研究人員會(huì)從有機(jī)物質(zhì)方面入手研究同位素的比率，尤其是骨骼中蛋白質(zhì)的氮同位素。
問題在于，鯊魚屬于古老的軟骨魚類的一個(gè)分支，其于數(shù)億年前從硬骨魚的進(jìn)化路徑中分離出來(lái)、因而體內(nèi)的骨骼物質(zhì)極少。
本文主角巨齒鯊就是這樣一個(gè)典型案例，盡管其在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)里廣為人知、并且出演了諸多影視作品，但表明其存在的唯一證據(jù)，還是只有牙齒和一些椎骨碎片。
更糟糕的是，這些化石距今已有數(shù)百萬(wàn)年的歷史，因此任何有機(jī)物質(zhì)都早已被礦物質(zhì)取代、或退化到難以分析的程度。
有鑒于此，MPI 研究團(tuán)隊(duì)選擇了從世界各地的現(xiàn)代 / 化石鯊魚牙齒樣本中收集同位素 —— 尤其是高度礦化的牙釉質(zhì)部分，以替代活體牙本質(zhì)中的膠原蛋白來(lái)取樣。
通過(guò)觀察早中新世（20.4 ~ 1600 萬(wàn)年前）和早上新世（5.3 ~ 360 萬(wàn)年前）的鯊魚牙齒，然后將它們與現(xiàn)代鯊魚進(jìn)行比較，研究團(tuán)隊(duì)得出了如下結(jié)論：
首先，現(xiàn)代與古代鯊魚的鋅同位素測(cè)量值幾乎相同，表明兩者之間具有很高的食性重合度。
其次，巨齒鯊應(yīng)該也處于食物鏈的頂端，與大白鯊捕食著同樣類型的獵物。
William Paterson 大學(xué)教授 Michael Griffiths 表示：“我們的研究結(jié)果表明，巨齒鯊及其祖先確實(shí)都是頂級(jí)掠食者，它們?cè)诟髯缘氖澄镦溕隙继幱诟呶弧?。
不過(guò)更加值得注意的是，來(lái)自北卡羅來(lái)納州上新世早期鯊魚牙齒的鋅同位素測(cè)定值表明，早期大白鯊的營(yíng)養(yǎng)水平、與更大的巨齒鯊在很大程度上存在著重疊。
據(jù)此推測(cè)，大白鯊很可能一直在與巨齒鯊爭(zhēng)奪食物，結(jié)果導(dǎo)致了后者在上新世早期的衰落。至于這場(chǎng)比賽的確切性質(zhì)，仍有待進(jìn)一步的研究去揭曉。
另一種猜測(cè)是，兩個(gè)物種可能于不同季節(jié)在同一領(lǐng)地上覓食。
綜上所述，Jeremy McCormack 認(rèn)為，使用鋅同位素測(cè)定法來(lái)研究過(guò)去數(shù)百萬(wàn)年里滅絕的動(dòng)物的飲食與營(yíng)養(yǎng)生態(tài)學(xué)，確實(shí)是相當(dāng)可行的。
甚至我們可以將同樣的方法，運(yùn)用到追溯人類祖先和其它動(dòng)物種群化石的研究上去。
相關(guān)報(bào)道：研究稱與大白鯊的飲食競(jìng)爭(zhēng)可能促成了巨齒鯊的滅絕
（）據(jù)cnBeta：在一項(xiàng)新研究中，研究人員通過(guò)分析巨齒鯊和大白鯊牙齒中的鋅穩(wěn)定同位素比例，比較了巨齒鯊和大白鯊在食物鏈中的位置。他們發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)物種的獵物可能存在重疊，因此，與大白鯊的飲食競(jìng)爭(zhēng)可能促成了巨齒鯊的滅絕。
巨齒鯊（Otodus megalodon）生活在230萬(wàn)年至360萬(wàn)年前的全球海洋中，體長(zhǎng)可能達(dá)到20米。作為比較，今天最大的大白鯊總長(zhǎng)度只達(dá)到6米。許多因素被討論用來(lái)解釋巨齒鯊的巨大化和滅絕，其飲食和飲食競(jìng)爭(zhēng)往往被認(rèn)為是關(guān)鍵因素。
在這項(xiàng)研究中，研究人員分析了來(lái)自全球各地的現(xiàn)代和化石鯊魚牙齒中的鋅穩(wěn)定同位素比率，包括巨齒鯊以及現(xiàn)代和化石大白鯊的牙齒。這種新方法使科學(xué)家能夠調(diào)查一種動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)水平，這表明一種動(dòng)物在食物鏈的上游有多遠(yuǎn) 。對(duì)牙齒琺瑯質(zhì)（牙齒的高度礦化部分）的鋅穩(wěn)定同位素分析可與更成熟的牙齒膠原蛋白的氮同位素分析相媲美，后者是牙齒牙本質(zhì)的有機(jī)組織，用于評(píng)估動(dòng)物物質(zhì)的消耗程度。
然而，“在我們調(diào)查的時(shí)間尺度上，膠原蛋白沒有被保存下來(lái)，因此傳統(tǒng)的氮同位素分析是不可能的，”主要作者、馬克斯-普朗克進(jìn)化人類學(xué)研究所和法蘭克福歌德大學(xué)的研究員Jeremy McCormack解釋道。古騰堡大學(xué)地球科學(xué)研究所的教授Thomas Tütken補(bǔ)充說(shuō)：“在這里，我們首次證明了與飲食有關(guān)的鋅同位素特征保存在化石鯊魚牙齒的高度礦化的琺瑯質(zhì)冠中。”
利用這種新方法，研究小組將多個(gè)已滅絕的中新世早期（2040萬(wàn)至1600萬(wàn)年前）和上新世早期（530萬(wàn)至360萬(wàn)年前）物種的牙齒鋅同位素特征與現(xiàn)代鯊魚的牙齒進(jìn)行了比較。“我們注意到鋅同位素信號(hào)在化石和現(xiàn)代模擬類群中的一致性，這增強(qiáng)了我們對(duì)該方法的信心，并表明在海洋食物網(wǎng)底部的鋅同位素值可能存在最小的差異，這是氮同位素研究的一個(gè)干擾因素，”來(lái)自加州大學(xué)默塞德分校的教授Sora Kim解釋說(shuō) 。
隨后，研究人員分析了來(lái)自早更新世的巨齒鯊牙齒中的鋅同位素比率和來(lái)自早中新世的早期巨齒鯊Otodus chubutensis以及同時(shí)代和現(xiàn)代大白鯊中的鋅同位素比率，以調(diào)查這些標(biāo)志性物種對(duì)過(guò)去生態(tài)系統(tǒng)和彼此的影響。“我們的結(jié)果顯示，巨齒鯊和它的祖先確實(shí)都是頂級(jí)捕食者，在它們各自的食物鏈的高端進(jìn)食，”威廉帕特森大學(xué)的教授邁克爾-格里菲斯說(shuō) 。“但真正引人注目的是，來(lái)自北卡羅來(lái)納州的早更新世鯊魚牙齒的鋅同位素值，表明早期大白鯊與大得多的巨齒鯊的營(yíng)養(yǎng)水平基本重疊。”
芝加哥德保羅大學(xué)教授Kenshu Shimada指出：“這些結(jié)果可能意味著這兩種鯊魚所捕食的獵物至少有一些重疊。雖然還需要更多的研究，但我們的結(jié)果似乎支持巨齒鯊與上新世早期大白鯊存在飲食競(jìng)爭(zhēng)的可能性。”
諸如鋅的新同位素方法提供了一個(gè)了解過(guò)去的獨(dú)特窗口。“我們的研究說(shuō)明了使用鋅同位素來(lái)調(diào)查幾百萬(wàn)年來(lái)已滅絕動(dòng)物的飲食和營(yíng)養(yǎng)生態(tài)的可行性，這種方法也可以應(yīng)用于其他動(dòng)物化石群體，包括我們自己的祖先，”McCormack總結(jié)道。
相關(guān)報(bào)道：地球最大鯊魚滅絕有了新線索
（）據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)（晉楠）：巨齒鯊曾是地球上最大型的肉食動(dòng)物之一，生活在2300萬(wàn)到360萬(wàn)年前的海洋中，長(zhǎng)度可達(dá)20米。其滅絕原因一直存在爭(zhēng)議。
現(xiàn)在，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，盡管當(dāng)今最大的大白鯊總長(zhǎng)度只有6米，但與其爭(zhēng)奪食物資源可能導(dǎo)致巨齒鯊的滅絕。相關(guān)成果5月31日發(fā)表于《自然—通訊》。
動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)級(jí)標(biāo)志著它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中的位置，而飲食對(duì)于了解某種動(dòng)物的生活方式和生態(tài)學(xué)特征十分重要。鋅會(huì)在牙釉質(zhì)形成過(guò)程中混入其中，可作為一個(gè)替代指標(biāo)用以了解動(dòng)物的飲食，推斷其在生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)級(jí) 。
研究人員分析了來(lái)自全球各地的現(xiàn)代和化石鯊魚牙齒中的鋅穩(wěn)定同位素比率，包括巨齒鯊化石和現(xiàn)代大白鯊的牙齒。這種新方法可以讓科學(xué)家調(diào)查動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)水平，了解動(dòng)物的食物在食物鏈上的位置。“我們首次證明，與飲食有關(guān)的鋅同位素特征保存在鯊魚牙齒化石的高度礦化琺瑯質(zhì)冠中。”德國(guó)約翰內(nèi)斯·古登堡大學(xué)地球科學(xué)研究所教授Thomas Tutken說(shuō) 。
利用新方法，研究小組將已經(jīng)滅絕的中新世早期（2040萬(wàn)至1600萬(wàn)年前）和上新世早期（530萬(wàn)至360萬(wàn)年前）的多個(gè)物種的牙齒鋅同位素特征與現(xiàn)代鯊魚的牙齒鋅同位素特征進(jìn)行了比較。他們建立了一個(gè)鯊魚牙齒的鋅同位素值數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋了20個(gè)現(xiàn)存鯊魚物種（包括水族館和野生個(gè)體）以及巨齒鯊在內(nèi)的13個(gè)化石物種。
“我們的研究結(jié)果表明，巨齒鯊及其祖先確實(shí)都是頂級(jí)掠食者，在各自的食物鏈中處于較高的位置。”美國(guó)威廉·帕特森大學(xué)教授Michael Griffiths說(shuō)，“值得注意的是，來(lái)自北卡羅來(lái)納州上新世早期鯊魚牙齒的鋅同位素值表明，早期大白鯊的營(yíng)養(yǎng)水平與更大的巨齒鯊在很大程度上重疊。”
研究人員比較了巨齒鯊和大白鯊的鋅同位素值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)它們?cè)谏闲率涝缙诠泊鏁r(shí)，其營(yíng)養(yǎng)級(jí)有重疊，而且可能需要競(jìng)爭(zhēng)相同的食物資源，如鯨類等海洋哺乳動(dòng)物。
芝加哥德保羅大學(xué)教授Kenshu Shimada說(shuō)，“雖然還需要進(jìn)一步的研究，但該結(jié)果似乎支持巨齒鯊與上新世早期的大白鯊在飲食上存在競(jìng)爭(zhēng)的可能性。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30528-9