Sandtigerhai (Carcharias taurus). (Daniel Hernanz Ramos/Getty Images) Vor Dutzenden Millionen Jahren jagten Sandtigerhaie in den Gewässern vor der Antarktischen Halbinsel und glitten über a blühendes Meeresökosystem auf dem Meeresboden darunter.
Von ihnen sind heute nur noch ihre scharfen, spitzen Zähne übrig geblieben, aber diese Zähne erzählen eine Geschichte.
Sie tragen dazu bei, das Rätsel zu lösen, warum die Erde vor etwa 50 Millionen Jahren entstand Abkehr von einem „Treibhaus“-Klima das war wärmer als heute in Richtung kühlerer „Eishaus“-Bedingungen.
Viele Theorien über diesen Klimawandel konzentrieren sich auf die Antarktis. Es gibt geologische Beweise dafür, dass sich sowohl die Drake-Passage, das Wasser zwischen Südamerika und der Antarktischen Halbinsel, als auch das Tasman Gateway zwischen Australien und der Ostantarktis in dieser Zeit verbreitert und vertieft haben als sich die tektonischen Platten der Erde bewegten .
(Copernicus Marine Services/Europäische Union)
Oben: Eine Karte der von Satelliten gemessenen Meeresoberflächentemperatur zeigt den antarktischen Zirkumpolarstrom, markiert durch dunkle Linien. Das Meereis der Antarktis erscheint in Hellblau.
Die breiteren, tieferen Passagen wären notwendig gewesen, damit die Gewässer der großen Ozeane zusammenkommen und die Antarktischer Zirkumpolarstrom Formen. Diese Strömung, die heute um die Antarktis fließt, fängt kaltes Wasser im Südpolarmeer ein und hält die Antarktis kalt und gefroren.
Die inzwischen ausgestorbene Art des Sandtigerhais Striatolamia Macrota war einst eine Konstante in den Gewässern rund um die Antarktische Halbinsel und hinterließ auf dem heutigen Gebiet hervorragend erhaltene fossile Zähne Seymour-Insel nahe der Spitze der Halbinsel.
Durch das Studium der in diesen Haifischzähnen erhaltenen Chemie konnten meine Kollegen und ich Beweise dafür gefunden, wann die Drake Passage eröffnet wurde , wodurch sich die Gewässer des Pazifiks und des Atlantischen Ozeans vermischten, und wie sich das Wasser damals anfühlte.
Die in Haifischzähnen gemessenen Temperaturen gehören zu den wärmsten in antarktischen Gewässern und bestätigen Klimasimulationen mit hohen atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen.
Sauerstoff wird in sehr scharfen Zähnen eingefangen
Sandtigerhaie Sie haben scharfe Zähne, die aus ihrem Kiefer herausragen, um Beute zu greifen. Ein einzelner Hai hat Hunderte von Zähnen in mehreren Reihen. Im Laufe des Lebens verliert es Tausende von Zähnen, während neue nachwachsen.
Wichtige Umweltinformationen sind in der Chemie jedes Zahns kodiert und werden dort über Millionen von Jahren gespeichert.
Illustrationen von Sandtigerhaizähnen, die von den Wissenschaftlern verwendet wurden. (Christina Spence Morgan)
Beispielsweise besteht die äußere Schicht eines Haifischzahns aus einem emaillierten Hydroxylapatit, ähnlich dem Zahnschmelz menschlicher Zähne. Es enthält Sauerstoffatome aus dem Wasser, in dem der Hai lebte. Durch die Analyse des Sauerstoffs können wir die Temperatur und den Salzgehalt des umgebenden Wassers während des Lebens des Hais bestimmen.
Die Zähne von Seymour Island zeigen, dass die antarktischen Gewässer – zumindest dort, wo die Haie lebten – länger wärmer blieben als von Wissenschaftlern angenommen.
Noch ein Hinweis kommt vom Element Neodym , das während der frühen Fossilisierung andere Elemente im äußeren Zahnschmelz des Zahns adsorbiert und ersetzt.
Jedes Meeresbecken weist ein unterschiedliches Verhältnis von zwei verschiedenen Neodym-Isotopen auf, basierend auf dem Alter seiner Gesteine. Wenn wir das Verhältnis in den Haifischzähnen betrachten, können wir die Wasserquellen erkennen, in denen der Hai gestorben ist.
Bei stabilen Bedingungen würde sich die Neodymzusammensetzung nicht ändern. Wenn sich jedoch die Neodymzusammensetzung in fossilen Zähnen im Laufe der Zeit ändert, deutet dies auf Veränderungen in der Ozeanographie hin.
Große Haie, warmes Wasser
Wir haben 400 Zähne von Haien aller Altersstufen, vom Jungtier bis zum Erwachsenen, von Individuen, die dazwischen leben, von Seymour Island untersucht Vor 45 bis 37 Millionen Jahren . Die Kombination aus Zahngröße und Chemie lieferte einige überraschende Hinweise auf die Vergangenheit.
Einige der Zähne waren extrem groß, was darauf hindeutet, dass diese alten antarktischen Sandtiger größer waren als der heutige Sandtigerhai. Carcharias Taurus , die bis zu 10 Fuß lang werden kann.
(Jlencion/Wikimedia Commons/CC)
Oben: Ein moderner Sandtigerhai, auch Grauer Ammenhai genannt, zeigt seine Zahnreihen.
Darüber hinaus waren die Wassertemperaturen, in denen die Haie lebten, wärmer Frühere Studien mit antarktischen Muschelschalen legten dies nahe . Es ist möglich, dass der Unterschied zwischen Gewässern näher an der Oberfläche und tiefer am Meeresboden lag, oder dass die Haie, deren Zähne wir fanden, einen Teil ihres Lebens in Südamerika verbracht haben.
Die heutigen Sandtigerhaie verfolgen warme Gewässer. Sie verbringen den Sommer und den Frühherbst zwischen den Küsten von Massachusetts und Delaware, aber wenn das Wasser abkühlt, wandern sie an die Küsten von North Carolina und Florida. Da sich ihre Zähne kontinuierlich formen und fast wie ein Förderband vorwärts bewegen, gibt es einige Zähne im Kiefer, die einen anderen Lebensraum als den Lebensraum eines Hais darstellen.
Es ist möglich, dass auch die alten Sandtigerhaie wanderten und als die antarktischen Gewässer abkühlten, zogen sie nach Norden in wärmere Gewässer in niedrigeren Breiten.
Die Zähne deuteten darauf hin, dass die Wassertemperatur der Haie damals ähnlich war wie die Wassertemperaturen, bei denen moderne Sandtigerhaie heute zu finden sind. Auch die Kohlendioxidkonzentration war drei- bis sechsmal höher als heute, sodass Wissenschaftler in den Regionen mit erhöhten Temperaturen rechnen müssten.
Schließlich liefert das Neodym in den fossilen Sandtigerhaizähnen den frühesten chemischen Beweis dafür, dass Wasser durch die Drake-Passage fließt, was mit tektonischen Beweisen übereinstimmt. Der frühe Zeitpunkt der Öffnung der Drake-Passage, aber der verzögerte Abkühlungseffekt, deutet darauf hin, dass es komplexe Wechselwirkungen zwischen den Erdsystemen gibt, die sich darauf auswirken Klimawandel .
Was ist mit ihren nördlichen Cousins?
Sandtigerhaie wurden im Eozän auf der ganzen Welt gefunden, was darauf hindeutet, dass sie in den unterschiedlichsten Umgebungen überlebt haben. Im Arktischen Ozean zum Beispiel sie lebten in Brackwasser die weniger salzig sind als das offene Meer Sie lebten vor 53 bis 38 Millionen Jahren und waren viel kleiner als ihre südlichen Verwandten vor der Antarktis.
Es zeigen sich auch Unterschiede im Salzgehalt des Lebensraums der Tigerhaie und in der Größe der Haie im Golf von Mexiko während dieser Zeit. Dieser Bereich der Umwelttoleranz verheißt Gutes für das Überleben der modernen Sandtigerhaie, wenn sich der Planet erneut erwärmt.
Leider ist die Erwärmung heute schneller und übersteigt möglicherweise die Anpassungsfähigkeit des Sandtigerhais. 
Sora Kim , Assistenzprofessor für Paläoökologie, Universität von Kalifornien, Merced .
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