據外媒報道，科學家們最近利用鯊魚鱗片化石來重建數百萬年前的鯊魚群落。同時，由加州大學聖塔芭芭拉分校生態學家 Erin Dillon領導的一個國際研究小組將該技術應用於更近的過去。
自從20世紀中期開始有記錄以來，人類活動已經導致全世界的鯊魚數量急劇下降。然而，科學家們擔心，這些基線數據本身可能反映了已經經歷了顯著下降的鯊魚群落。Dillon將7000年前巴拿馬珊瑚礁的鯊魚鱗片的丰度和種類與今天珊瑚礁沉積物中的鯊魚鱗片進行了比較，以辨別自人類開始使用該地區的海洋資源以來與珊瑚礁相關的鯊魚群落是如何變化的。
發表在《美國國家科學院院刊》上的研究結果表明，該地區目前的鯊魚數量只有史前時代鯊魚數量的1/3，其中游得更快的物種受到了更大的打擊。這種減少大部分在歷史記錄中得到了呼應，表明加勒比海巴拿馬的鯊魚在過去的一個世紀中受到了最嚴重的影響。
“這些結果讓我們對人類開發之前珊瑚礁上的‘健康’鯊魚群落可能是什麼樣子有了新的認識，”生態學、進化和海洋生物學系的博士生Dillon說。“它們可以幫助我們為管理和保護設定更合適的和特定地點的基線。”
鯊魚的骨骼是軟骨的，不容易化石化。通常情況下，古老的鯊魚似乎只剩下了它堅硬的牙齒。但在適當的條件下，仔細觀察周圍的沉積物會發現數百個微小的鯊魚鱗片，其厚度僅比人類的頭髮粗幾倍。就像動物的牙齒一樣，鯊魚鱗片由牙本質組成，表面是堅硬的琺琅質。研究人員稱它們為真皮齒，意思是 “皮膚的牙齒”，並認為兩者本質上是相同的結構–只是在身體的不同部位。
科學家們經常依靠微化石來重建古代生態系統。像鱗片、花粉粒和浮游生物殼這樣的物品可以提供大量關於過去生態系統的條件和居民的信息，這些信息並沒有保存在大型化石中。更重要的是，鯊魚在其一生中脫落的鱗片比牙齒多得多，因此皮膚齒狀物可以為古生態學家提供比牙齒多得多的材料進行分析。
Dillon和她的團隊很幸運地獲得了位於巴拿馬加勒比海岸的博卡斯-德爾托羅的化石珊瑚礁。通常情況下，古老的珊瑚礁被埋藏在活的珊瑚下，但建築工程暴露了這個地方，使科學家們能夠在它被填埋之前的幾年內收集樣本。
他們收集了在化石珊瑚礁內積累的沉積物。沉澱在分支珊瑚手指間的碎片被保護起來，避免與不同年齡的沉積物廣泛混合。這基本上保存了一個古代珊瑚礁的材料的時間膠囊，因為它在不斷增加。
研究小組使用放射性測定法來估計該珊瑚礁的年齡。珊瑚在生長過程中會將微量的鈾，但不是釷，納入它們的骨架。科學家們可以利用鈾衰變為釷的可預測速度來確定珊瑚樣本的年齡。利用這種方法，作者將化石礁上的珊瑚測定到大約7000年前。接下來是將齒狀物從沉積物中分離出來的艱巨過程。使用醋酸溶液，她繁瑣地將大約300公斤的碳酸鹽沙子–足夠裝滿兩個浴缸–溶解成容易處理的400克殘餘物質，然後她在顯微鏡下進行分類，找到鱗片。
不同的齒狀物形狀對應不同的功能。例如，帶點和脊的薄鱗片可以減少阻力，在大鎚頭鯊和絲鯊等快速遊動的鯊魚身上發現。脊的間距也很重要，達到快速爆發速度的動物傾向於採用較窄的脊。同時，像護士鯊和斑馬鯊這樣的動物，它們經常在堅硬的底層附近活動，往往有厚厚的、板狀的鱗片，提供磨損保護。”它們有點像盔甲，”Dillon解釋說。對不同鱗片的形式和丰度進行核算，使研究小組了解到哪些類型的鯊魚棲息在古代珊瑚礁中，以及它們的相對數量。
也就是說，就像嘴巴的不同部位有不同形狀的牙齒一樣，鱗片的形態在鯊魚的身體上也是不同的。鑒於這種差異性，幾乎不可能將一個孤立的鱗片與一個特定的物種相匹配，就像通常可以用牙齒來做一樣。這就是Dillon和她的同事在他們的論文中堅持對鯊魚進行廣泛的生態學分類的原因。
該團隊艱苦的分析最終得到了回報。Dillon說：”我們表明，微小的鯊魚鱗片可以很好地保存下來，並以足夠高的丰度發現，以便在很長的生態時間尺度上重建鯊魚的基線。我們發現在全新世中期–在我們研究地區受到人類重大影響之前–和現在之間，鯊魚的總丰度下降了大約71%。” 她補充說，這些史前珊瑚礁的環境條件與今天相似，主要的區別是它們比人類在巴拿馬這一地區佔領的最早證據早。
作者還發現，在這些珊瑚礁上發現的鯊魚的類型在史前時代和今天之間發生了變化。中層水的“游泳者”（如牛鯊和雙髻鯊）比底棲物種（如護士鯊）下降得更多。她說：“如果你在幾千年前在這些珊瑚礁上浮潛，不僅鯊魚會是一個更常見的景象，而且會有相對更多快速游泳的中上層鯊魚。”
然而，Dillon對所有類型的鯊魚在這一時期下降的事實感到震驚。她說：“如果捕魚是唯一的驅動力，那麼我們不會期望看到護士鯊隨着時間的推移出現如此大的下降，因為它們的商業價值很低，很少成為該地區漁業的目標。但是我們做到了。這表明，觀察到的鯊魚數量下降並不僅僅是對這些動物的直接影響的結果，如過度捕撈，也可能來自間接因素，如珊瑚礁棲息地或可用獵物的損失。”
Dillon和她的合作者們還研究了鯊魚丰度的歷史記錄。她說：“我們發現，根據這些記錄，鯊魚丰度的最大下降發生在20世紀的後半期。在這些記載和來自化石記錄的結果之間，證據表明，這個地方的大多數鯊魚下降發生在過去的100年內。”
這項研究的結果提供了對鯊魚生態學的深入了解，以及對今天在珊瑚礁上觀察到的鯊魚數量的重要背景。大多數現代鯊魚丰度的時間序列數據來自於有良好研究的商業性漁業的地方，而且通常數據收集是在漁業開始后很久才開始的。這使得我們很難確定在人類活動開始影響海洋之前，有多少鯊魚存在，以及鯊魚減少的長期生態後果。
Dillon計劃繼續調查皮膚齒狀物。她目前正在太平洋水族館研究不同鯊魚物種脫落鱗片的速度變化。如果一個物種的脫落速度比另一個快得多，那麼這個物種將留下更多的鱗片，即使這兩個種群的大小相同。
她和她的同事們還從具有不同人類和生態歷史的地區收集沉積物芯，以跟蹤過去幾千年來鱗片類型和丰度的高分辨率趨勢。
使用鯊魚鱗片來重建過去的丰度和多樣性是一種相對較新的方法，這是第一次將其應用於與鯊魚管理和保護有關的問題。Dillon說：“在這之前，我們真的不知道如何回答在人類影響之前鯊魚在完整的珊瑚礁上的丰度問題。”她補充說，她希望其他研究人員利用這一強大的技術並將其應用於世界其他地方。