Der größte heute lebende Hai mit einer Länge von bis zu 20 Metern ist der Walhai, ein ruhiger Filterfresser. Zu den Haien dieser Größenordnung gehörte jedoch wahrscheinlich noch vor 4 Millionen Jahren das sich schnell bewegende Raubtier Megalodon, das für seine äußerst riesigen Kiefer und entsprechend riesigen Zähne bekannt ist.
Aufgrund unvollständiger Fossildaten sind wir uns nicht ganz sicher, wie groß der Megalodon war, und können nur Rückschlüsse auf der Grundlage einiger seiner lebenden Verwandten ziehen, wie dem Weißen Hai und dem Makohai. Aber dank neuer Forschungen zu seinen versteinerten Zähnen sind wir jetzt ziemlich sicher, dass es noch etwas anderes mit diesen Verwandten gemeinsam hatte: Es war nicht völlig kaltblütig und hielt offenbar seine Körpertemperatur über der des umgebenden Ozeans.
Fieber messen
Die meisten Haie sind, wie die meisten Fische, ektotherm, was bedeutet, dass ihre Körpertemperatur mit der des umgebenden Wassers übereinstimmt. Aber eine Handvoll Arten, die zu einer Gruppe namens Makrelenhaie gehören, verfügen über ein spezielles Blutzirkulationsmuster, das dabei hilft, einen Teil der von ihren Muskeln erzeugten Wärme zu speichern. Dadurch können sie bestimmte Körperteile auf einer höheren Temperatur halten als ihre Umgebung. Eine Art namens Lachshai kann eine Körpertemperatur aufrechterhalten, die 20 °C wärmer ist als die der subarktischen Gewässer, in denen sie lebt.
Megalodon ist ebenfalls ein Makrelenhai, und einige Wissenschaftler haben vermutet, dass auch er zumindest teilweise endotherm gewesen sein muss, um seine Wachstumsraten in den verschiedenen Umgebungen, in denen er lebte, aufrechtzuerhalten. Aber wie bereits erwähnt, reichen die Megalodon-Überreste, die wir haben, nicht einmal aus, um uns Aufschluss darüber zu geben, wie groß das Tier war, geschweige denn, ob es über die Art spezieller Kreislaufstruktur verfügte, die für die Hai-Endothermie erforderlich ist.
Deshalb beschloss ein Forscherteam, direkt zu testen, ob es Anzeichen dafür gibt, dass das Tier seine Körpertemperatur mithilfe von Dingen reguliert, die wir tatsächlich haben: seinen Zähnen.
Die Arbeit beruht auf einem Phänomen, das als Isotopenklumpen bekannt ist. Wenn die Umgebung warm genug ist, spielen die kleinen Gewichtsunterschiede zwischen Atomisotopen keine Rolle, da die Wärme warm genug ist, um die Isotope innerhalb eines Materials gründlich zu vermischen. Aber wenn die Dinge abkühlen, neigen schwerere Isotope dazu, sich zu sammeln und innerhalb eines Materials Klumpen zu bilden. Wir verfügen jetzt über Geräte, die die Verteilung von Isotopen innerhalb eines Materials mit hoher Auflösung verfolgen können und so eine direkte Messung seiner Klumpenbildung ermöglichen. Daraus wiederum lässt sich abschätzen, bei welcher Temperatur sich das Material gebildet hat.
(Wissenschaftler haben diese Technik verwendet, um frühere Temperaturen abzuschätzen und so den Klimawandel zu verfolgen.)
Die neue Arbeit stützte sich auf Fossilienbetten, die mindestens drei verschiedene Arten von Fossilien enthielten. Einer davon waren offensichtlich Megalodon-Zähne. Aber die anderen waren nötig, um eine gewisse externe Referenz für die von den Haien erhaltenen Schätzungen zu liefern. Dazu gehören die Knochen bekannter Kaltblüter, die als Basis für die Umgebungstemperaturen dienten. Sie erhielten auch Proben der Ohrknochen von Walen, um eine bekannte Warmblüterkontrolle zu ermöglichen. Entscheidend ist, dass sie diese Proben an weit verteilten Standorten im Atlantik und im Pazifischen Ozean bezogen haben, um sicherzustellen, dass etwaige Unterschiede nicht nur auf die örtlichen Umweltbedingungen zurückzuführen sind.
Aufheizen, schnell gehen
Die Proben von Ektothermen zeigten die Art regionaler Unterschiede, die man von den Meerwassertemperaturen erwarten würde, wobei die Schätzungen von einem Tiefstwert von 17 °C in Kalifornien bis zu einem Höchstwert von 23 °C im Mittelmeer reichten. Im Gegensatz dazu waren die Megalodon-Proben durchweg wärmer, mit einem durchschnittlichen Temperaturunterschied von etwa 7 °C im Vergleich zu den Kaltblütern.
Das ist nicht so warm wie die Walproben. Doch wie die Forscher betonen, stammten die Walproben aus ihren Innenohren, die ziemlich weit von der Umgebung entfernt sind und daher wahrscheinlich die Innentemperatur des Tieres widerspiegeln. Bei Haien hingegen sind die Zähne der Umwelt relativ stark ausgesetzt und können daher zwischen der typischen Körpertemperatur und der der Außenwelt liegen. Auch die Temperatur von Makrelenhaien variiert tendenziell je nach Körperteil.
Warum wurde also bei Megalodon eine erhöhte Körpertemperatur vermutet? Es gibt zwei mögliche Gründe. Einer davon ist, wie oben erwähnt, dass die Temperaturen möglicherweise entscheidend waren, um die Wachstumsraten aufrechtzuerhalten, die erforderlich waren, damit sich etwas so Großes wie Megalodon in nicht-tropischen Umgebungen entwickeln konnte. Der zweite Punkt ist die Geschwindigkeit. Warme Muskeln könnten notwendig sein, um das Tier schnell genug durch das Wasser zu bewegen, um ein wirksames Raubtier zu sein. Der Makohai zum Beispiel ist der schnellste Hai und teilweise endotherm.
Die große Körpergröße des Megalodon könnte auch die Wärmespeicherung etwas einfacher gemacht haben, da dadurch das Verhältnis von Körpervolumen zur Oberfläche vergrößert wird, was bedeutet, dass im Vergleich zur Menge an Muskeln, die Wärme erzeugen, weniger Oberfläche zum Wärmeverlust zur Verfügung steht.
Die Autoren des neuen Papiers vermuten jedoch, dass Megalodon dadurch möglicherweise auch anfällig für den Klimawandel geworden ist. Der hohe Stoffwechselbedarf, der mit der Aufrechterhaltung seiner Endothermie verbunden ist, könnte Megalodon empfindlich gegenüber Veränderungen im Ökosystem gemacht haben. Und kurz vor seinem Aussterben kühlte sich die Erde im Allgemeinen ab, was zu einem Rückgang des Meeresspiegels führte, was zu einer Störung der Küstenökosysteme geführt hätte. Und Megalodon scheint sich in seinen frühen Jahren auf Küstenkindergärten verlassen zu haben.
PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2218153120 (Über DOIs).