Fout gelopen les leidt tot nieuwe, hogere schatting van grootte van uitgestorven reuzenhaai megalodon

De les werd gegeven door 'gastdocent' Victor Perez, toen een doctoraatsstudent aan het Florida Museum of Natural History. Hij begeleidde de leerlingen bij een wiskunde-oefening, waarbij ze 3D-geprinte replica's van fossiele tanden van een echte megalodon gebruikten en een reeks algemeen gebruikte vergelijkingen. Die zijn gebaseerd op de lengte van de tanden en worden gebruikt om de grootte van de haai te schatten.

Maar er was iets mis. De berekeningen van de leerlingen liepen uiteen van zo'n 12 tot wel 45 meter voor dezelfde haai. 

Perez begon onmiddellijk uit te zoeken wat er mis kon gegaan zijn. "Ik deed de ronde en keek na of ze wel de juiste vergelijking hadden gebruikt", zei Perez. "Maar het werd al snel duidelijk dat het niet de studenten waren die een fout gemaakt hadden. Het was eenvoudigweg zo dat de vergelijkingen niet zo nauwkeurig waren als we voorspeld hadden." 

Hoewel de vergelijkingen sinds hun publicatie in 2002 ruim gebruikt zijn door wetenschappers,  toonde de oefening in de klas aan dat ze uiteenlopende schattingen voor de grootte van een enkele haai opleveren, afhankelijk van welke tand er gemeten wordt.

"Ik was echt verrast", zei Perez. "Ik denk dat een heleboel mensen die studie gezien hadden en de vergelijking blindelings aanvaard hadden."

Perez is de belangrijkste auteur van de studie over de nieuwe berekeningswijze en hij is nu assistent-conservator voor paleontologie aan het Calvert Marine Museum in Maryland. 

(Lees voort onder de foto)

Al meer dan een eeuw proberen wetenschappers de grootte te berekenen van de haai Otodus (of soms Carcharodon) megalodon, waarvan de soortnaam megalodon 'grote tand' betekent.

De enige overblijfselen van deze angstaanjagende haai die de oceanen domineerde tussen zo'n 23 en 3,6 miljoen jaar geleden, zijn echter gefossiliseerde tanden en enkele zeldzame wervels. Zoals bij andere haaien bestond het skelet van megalodon, ook zijn kaken, immers uit licht kraakbeen dat snel verging na de dood. Tandglazuur daarentegen "bewaart erg goed", zei Perez. "Het is waarschijnlijk structureel gezien het meest stabiele ding in levende organismen."

Zoals vele haaien hadden megalodons rijen tanden achter elkaar in hun kaken, waarvan de voorste na een tijd uit de kaak vielen en vervangen werden door nieuwe, scherpe exemplaren. In de loop van hun leven verloren megalodons zo duizenden tanden, zodat er talloze sporen van de soort te vinden zijn in het fossielenbestand. 

De meest algemeen aanvaarde methodes om de lengte van een megalodon in te schatten, maken gebruik van witte haaien als een moderne plaatsvervanger en gaan uit van de verhouding tussen de grootte van de tand en de totale lichaamslengte.

Hoewel witte haaien en megalodons tot verschillende families behoren, hebben ze een gelijkaardige levensstijl als toppredatoren en brede, driehoekige tanden die gekarteld zijn als een vleesmes, met elkaar gemeen - ideale aanpassingen om te jagen op grote, vlezige mariene zoogdieren als dolfijnen en walvissen.

Maar er is een probleem met die methodes: om een schatting van de lichaamslengte te verkrijgen moet de onderzoeker de juiste positie bepalen die de fossiele tand heeft ingenomen in de kaak van de megalodon. Zoals dat ook bij mensen het geval is, verschillen de grootte en de vorm van haaientanden naargelang van hun plaats in de kaak, en megalodontanden worden meestal gevonden als afzonderlijke fossielen, wat het moeilijk maakt om hun precieze plaats in de kaak te bepalen.

Perez was dan ook erg blij toen fossielenverzamelaar Gordon Hubbell in 2015 een bijna volledige reeks tanden van dezelfde megalodon aan het Florida Museum schonk, wat het giswerk naar de juiste positie aanzienlijk verminderde.  

(Lees voort onder de foto)

Nadat medewerkers van het museum CT-scans van de reeks tanden hadden gemaakt en die online beschikbaar hadden gemaakt, werkte Perez samen met leraar Megan Higbee Hendrickson aan een plan om de tanden op te nemen in het leerplan van haar lager middelbaar in de Academy of the Holy Names School in Tampa. 

"We besloten om de kinderen de tanden te laten printen in 3D, de grootte van de haai te laten vaststellen en een replica van zijn kaak te laten bouwen voor onze kunstshow", zei Hendrickson.

Perez en Hendrickson stelden samen een les op voor de leerlingen, gebaseerd op de methode die toen het meest populair was om de grootte van een haai te schatten: bepaal de positie van de tand in de kaak, zoek de overeenkomstige vergelijking op, meet de tand van de top van de kroon tot de lijn waar de wortel en de kroon samenkomen en voer dat getal in in de vergelijking. 

Na een succesvolle test met enkele tanden bij de leerlingen van Hendrickson, breidde Perez de les uit zodat ze de volledige reeks tanden van dezelfde megalodon omvatte voor de leerlingen van het hoger middelbaar in de Delta Charter High School in Aptos in Californië. 

Hij verwachtte dat er een kleine variatie van enkele millimeters zou zitten in hun resultaten, maar deze keer schoten de verschillen tussen de schattingen van de studenten omhoog tot meer dan 30 meter. Hoe verder weg van het midden van de kaak de positie van de tand was, hoe groter de schattingen van de grootte werden. 

(Lees voort onder de foto)

Nadat Perez de rampzalige resultaten van de les in het hoger middelbaar gedeeld had in een nieuwsbrief voor fossielenliefhebbers, kreeg hij een e-mail van Teddy Badaut, een amateurpaleontoloog uit Frankrijk, die een andere benadering voorstelde. Waarom niet de breedte meten van een tand in plaats van de lengte? Eerder onderzoek had immers gesuggereerd dat de breedte van de tanden van een haai beperkt was door de grootte van de kaak, die proportioneel zou zijn met de lengte van zijn lichaam. 

Perez ging daarop aan de slag met Ronny Maik Leder, toen nog een postdoctoraal onderzoeker bij het Florida Museum, om een nieuwe reeks vergelijkingen op te stellen, gebaseerd op de breedte van de tanden. 

Door de reeks megalodontanden van Hubbel te meten, "konden we de breedte van de tanden optellen en een betere benadering krijgen van de breedte van kaak", zei Perez.

De onderzoekers analyseerden reeksen tanden van 11 individuele haaien, verdeeld over 5 soorten, waaronder megalodon, zijn nauwe verwanten en moderne witte haaien. 

Door de breedte van elke tand in een reeks te meten, ontwikkelden ze een model voor hoe breed een individuele tand was in verhouding tot de kaak voor een bepaalde soort. Als een paleontoloog nu een eenzame megalodontand zo groot als zijn hand opgraaft, kan hij de breedte ervan vergelijken met het gemiddelde uit de studie en een nauwkeurige schatting krijgen van de grootte van de haai.   

(Lees voort onder de foto)

"Ik was erg verrast dat niemand hier eerder aan gedacht had", zei Leder die nu directeur is van het Naturkundemuseum Leipzig. "De eenvoudige schoonheid van deze methode moet te vanzelfsprekend geweest zijn om opgemerkt te worden. Ons model was veel stabieler dan eerdere benaderingen. Deze samenwerking was een prachtig voorbeeld dat toont waarom werken met amateur- en hobbypaleontologen zo belangrijk is."

Perez waarschuwde er wel voor dat, aangezien individuele haaien variaties vertonen in lengte, de methodes van het team nog steeds een foutenmarge hebben van zo'n 3 meter als ze toegepast worden op de grootste individuen. 

Ook is het niet duidelijk hoe breed de kaak van een megalodon was en dat is moeilijk te raden op basis van enkel de tanden - sommige haaiensoorten hebben een opening tussen al hun tanden terwijl de tanden bij andere soorten elkaar daarentegen overlappen. Hoe de tanden van de megalodon juist in zijn kaak stonden, is niet duidelijk. 

"Ook al heeft dit het potentieel om onze kennis vooruit te helpen, de vraag hoe groot megalodon was, hebben we nog altijd niet beantwoord. We zouden nog meer kunnen doen, maar waarschijnlijk zouden we daar nu een volledig skelet voor moeten vinden", zei Perez. 

Perez geeft de les over de megalodontanden nog steeds, maar de nadruk ligt nu ergens anders. "We hebben sindsdien de les gebruikt om te praten over de aard van de wetenschap - het feit dat we niet alles weten. Er zijn nog steeds onbeantwoorde vragen", zei hij. 

Volgens lerares Megan Hendrickson heeft de les van Perez het enthousiasme van haar leerlingen voor de wetenschap veel harder aangewakkerd dan lesboeken dat ooit zouden kunnen. 

"Victor was een fantastisch rolmodel voor de kinderen", zo zei ze. "Hij is de verpersoonlijking van een jonge wetenschapper die de interesse uit zijn jeugd gevolgd heeft en er zijn beroep van heeft gemaakt. Veel van deze kinderen hadden nog nooit gewerkt of gesproken met een wetenschapper die hun standpunt respecteerde en bereid was hun vragen te beantwoorden." 

De studie van Victor Perez over de nieuwe methode om de grootte van haaien te bepalen, is gepubliceerd op Palaeontologia electronica. Teddy Badaut en Ronny Maik Leder zijn mede-auteurs van de studie. Dit artikel is gebaseerd op een persmededeling van het Florida Museum of Natural History.