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Ciência23/06/2022

O que o megalodonte comia? Tudo que quisesse – até outros predadores

Megalodonte reconstituído no Museu da Evolução de Puebla: no topo da cadeia alimentar dos oceanos. Crédito: Luis Alvaz/Wikimedia Commons

23/06/22 - 09h35min

Os tubarões da família Otodontidae, apelidados megatooth (“megadentes”), recebem o nome em função de seus dentes enormes, que podem ser maiores que uma mão humana. O grupo inclui o megalodonte, 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 com dentes enormes 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, doutorada em geociências pela Universidade de Princeton (EUA) e primeira autora do novo estudo sobre o assunto, publicado na revista Science Advances. “Mas o megalodonte e os outros tubarões Otodontidae eram carnívoros genuinamente enormes que comiam outros predadores, e o megalodonte foi extinto apenas alguns milhões de anos atrás.”

Seu orientador Danny Sigman, professor de ciências geológicas e geofísicas da Universidade de Princeton em Dusenbury, acrescentou: “Se o megalodonte 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 megalodonte 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.

Novo método

“As teias alimentares oceânicas tendem a ser mais longas do que a cadeia alimentar dos animais terrestres, porque você começa com organismos bem pequenos”, disse Kast, agora na Universidade de Cambridge (Reino Unido), que aproveitou essa 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 de topo no topo da cadeia alimentar marinha; precisamos adicionar vários no topo da cadeia alimentar marinha moderna.”

Estima-se de forma conservadora que o megalodonte media 15 metros de comprimento, enquanto os grandes tubarões-brancos modernos normalmente atingem cerca de cinco metros.

Para chegarem 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 tem, maior seu nível trófico, mas os cientistas nunca conseguiram 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 Rao, pós-graduanda do grupo de pesquisa de Sigman e coautora do artigo atual.

Uma forma 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. 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.

“Todo o direcionamento 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 o organismo sobe na cadeia alimentar.

Outros pesquisadores usaram essa abordagem em criaturas do passado recente – as mais recentes, entre 10 a 15 mil anos –, mas não havia nitrogênio suficiente em animais mais velhos para medir, até agora. O motivo para isso é que 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.

A importância do esmalte

Mas os dentes de tubarões são mais facilmente preservados do que os ossos. Isso ocorre  porque eles 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 química e fisicamente resistentes a fim de que possam sobreviver no ambiente quimicamente reativo da boca e fragmentar alimentos que podem ter partes duras”, explicou Sigman. Além disso, os tubarões não se limitam aos cerca de 30 dentes brancos perolados que os humanos têm. Eles estão constantemente crescendo e perdendo dentes. Os modernos tubarões-touro 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. “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, tenha o dente caído da boca de um tubarão há milhões de anos ou ontem.

Maior refinamento

Mesmo o maior dente tem apenas um fino invólucro de esmalte, do qual o componente de nitrogênio é apenas um pequeno vestígio. 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, em última análise, convertem o nitrogênio do esmalte em óxido nitroso, está conseguindo medir com precisão a relação N15-N14 nesses 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.”

Imersão na literatura

No início da pandemia, 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 o coautor do artigo Michael Griffiths, paleoclimatologista e geoquímico da Universidade William Patterson (EUA).

Enquanto estava em quarentena em casa, Kast construiu meticulosamente um registro com mais de 20 mil espécimes de mamíferos marinhos e mais de 5 mil 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 (EUA), conectado a aquários e museus, enquanto os coautores Martin Becker, da Universidade William Patterson, e Harry Maisch, da Universidade da Costa do Golfo da Flórida (EUA), reuniram espécimes de Otodontidae 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, precisa ir até o fundo do oceano. Marty e Harry coletaram dentes de todos os lugares.”

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Danny Sigman