12 июля 2021 года.
Десятки миллионов лет назад песчаные тигровые акулы охотились в водах у Антарктического полуострова, скользя над процветающей морской экосистемой на морском дне.
Сегодня от них остались лишь их острые заостренные зубы, но эти зубы рассказывают свою историю.
Они помогают разгадать тайну, почему около 50 миллионов лет назад Земля начала переходить от более теплого, чем сегодня, «парникового» климата к более холодным «ледниковым» условиям.
Многие теории об этом климатическом сдвиге сосредоточены на Антарктиде. Существуют геологические свидетельства того, что проход Дрейка между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом и Тасманский проход между Австралией и Восточной Антарктидой расширялись и углублялись в течение этого времени по мере движения тектонических плит Земли. Более широкие и глубокие проходы были необходимы для того, чтобы воды основных океанов сошлись вместе и образовалось Антарктическое циркумполярное течение. Это течение, которое сегодня огибает Антарктиду, задерживает холодные воды в Южном океане, сохраняя Антарктиду холодной и замерзшей.
Вымерший ныне вид песчаной тигровой акулы Striatolamia macrota когда-то постоянно обитал в водах вокруг Антарктического полуострова, и он оставил изысканно сохранившиеся ископаемые зубы на территории современного острова Сеймур, расположенного у оконечности полуострова.
Изучая химический состав этих акульих зубов, мы с коллегами нашли свидетельства того, когда открылся проход Дрейка, что позволило смешать воды Тихого и Атлантического океанов, и какова была вода в то время. Температуры, зафиксированные в зубах акул, являются одними из самых теплых для антарктических вод и подтверждают климатические симуляции с высокой концентрацией углекислого газа в атмосфере.
Кислород, захваченный в очень острые зубы
У песчаных тигровых акул острые зубы, которые выступают из пасти, чтобы схватить добычу. У одной акулы сотни зубов, расположенных в несколько рядов. За всю жизнь она сбрасывает тысячи зубов, пока растут новые.
Важная информация об окружающей среде закодирована в химическом составе каждого зуба и сохраняется там на протяжении миллионов лет.
Например, внешний слой зуба акулы состоит из эмалеидного гидроксиапатита, похожего на эмаль человеческих зубов. В нем содержатся атомы кислорода из воды, в которой жила акула. Анализируя кислород, мы можем определить температуру и соленость окружающей воды во время жизни акулы.
Зубы с острова Сеймур показывают, что антарктические воды — по крайней мере, там, где жили акулы, — оставались теплее, чем предполагали ученые.
Еще один ключ к разгадке дает элемент неодим, который адсорбируется и замещает другие элементы во внешнем эмалоиде зуба на ранних стадиях окаменения. В каждом океаническом бассейне соотношение двух различных изотопов неодима зависит от возраста пород. Изучение соотношения в зубах акул позволяет определить источники воды, в которых они погибли.
Если условия стабильны, то состав неодима не изменится. Однако если состав неодима в ископаемых зубах меняется с течением времени, это свидетельствует об изменениях в океанографии.
Большие акулы, теплая вода
Мы изучили 400 зубов с острова Сеймур, принадлежащих акулам всех возрастов, от ювенильных до взрослых, живших в период от 45 до 37 миллионов лет назад. Сочетание размера зуба и химического состава позволило получить несколько удивительных ключей к разгадке прошлого.
Некоторые зубы были очень большими, что позволяет предположить, что древние антарктические песчаные тигры были крупнее современных песчаных тигровых акул, Carcharias taurus, которые могут вырастать до 10 футов в длину.
Кроме того, температура воды, в которой жили акулы, была теплее, чем предполагали предыдущие исследования с использованием раковин антарктических моллюсков. Возможно, разница была между водами, расположенными ближе к поверхности и глубже на морском дне, или же акулы, чьи зубы мы нашли, могли провести часть своей жизни в Южной Америке. Современные песчаные тигровые акулы придерживаются теплых вод. Лето и начало осени они проводят между прибрежными районами Массачусетса и Делавэра, но когда воды остывают, они мигрируют в прибрежные районы Северной Каролины и Флориды. Поскольку их зубы постоянно формируются и двигаются вперед, почти как конвейерная лента, в челюсти есть зубы, которые представляют другую среду обитания, чем та, в которой живет акула. Возможно, древние песчаные тигровые акулы тоже мигрировали, и когда воды Антарктики остыли, они направились на север, к более теплым водам в низких широтах.
Зубы свидетельствуют о том, что температура воды, в которой обитали акулы, была схожа с температурой воды, в которой сегодня встречаются современные песчаные тигровые акулы. Концентрация углекислого газа также была в три-шесть раз выше, чем сегодня, поэтому ученые ожидали усиления температуры в этих регионах.
Наконец, неодим в зубах ископаемых песчаных тигровых акул — самое раннее химическое свидетельство того, что вода протекала через проход Дрейка, которое согласуется с тектоническими данными. Раннее открытие прохода Дрейка, но отложенный эффект охлаждения указывают на наличие сложных взаимодействий между системами Земли, влияющих на изменение климата.
А как насчет их северных сородичей?
Песчаные тигровые акулы в эоцене встречались по всему миру, что говорит о том, что они выживали в самых разных условиях. Например, в Северном Ледовитом океане они жили в солоноватых водах, менее соленых, чем в открытом океане 53-38 миллионов лет назад, и были гораздо меньше своих южных сородичей у берегов Антарктиды.
Различия в солености среды обитания тигровых акул и их размерах также проявляются в Мексиканском заливе в это время. Такой диапазон переносимости окружающей среды дает все основания полагать, что современные песчаные тигровые акулы смогут выжить в условиях очередного потепления на планете. К сожалению, темпы потепления растут быстрее, и, возможно, песчаная тигровая акула уже не сможет адаптироваться.
Автор — Сора Ким, доцент кафедры палеоэкологии Калифорнийского университета в Мерседе.
