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メガロドンは、史上最大級の捕食者魚類とされているが、メガロドンの大きさのほとんどは歯から推定されているなど断片的な遺骸からしか知られておらず、その姿や最大のサイズは不明である。ホホジロザメ、ジンベエザメ、ウバザメ、シロワニのどれに似ているのか、科学者によって意見が分かれている。全長は最大個体の推定値で最大10メートル[9]、約13メートル[10]、約15メートル[11]、またはそれ以上[12][13][14] [15] [16]など変動している。さらに巨大な20メートル説[17]や40メートル説はすべての歯が最大化石で構成されているとして復元したもので、現在では否定されている[注釈 1]。サメは軟骨魚類であり、化石には通常は歯しか残らない。そのため、化石のみで正確な生前の姿を復元することは困難であり、現行の生態復元図はすべて想像によるものであり、各学者や使用された算出方法によって意見が分かれている[9]（現生の近縁種のプロポーションを参考にした算出は最大18m[13]）。海域ごとにサイズの違いが存在したという説もあり、その場合の平均を10.5mとした計算もある[18][19]。いずれにしても、現生のホホジロザメ（最大個体の推定値約6.0メートル）より大きく、各仮説を統合すると現世魚類ではウバザメやジンベイザメに近い大きさである。大きな顎は108,500〜182,200ニュートンもの噛み砕く力を発揮したと推定されている[20]。歯は厚く頑丈で、獲物を掴んで骨を壊すために作られていた。メガロドンはおそらく、海洋生物の社会構造に大きな影響を与えたと考えられる。化石の記録は、メガロドンが世界中に分布をしていたことを示している。小型のクジラ、アザラシ、ウミガメなどの大きな獲物を狙っていたと思われる。幼魚は温暖な沿岸海域に生息し、魚や小型のクジラを食べていた。ホホジロザメのように柔らかい下半身で獲物を襲うのではなく、メガロドンはその強力な顎で胸腔を突き破り、獲物の心臓や肺に穴を開けていたのだろう。メガロドンは、リヴィアタンやより小型のシャチなど、小型のクジラを食べる鯨類との競争にさらされていた。幼魚が温暖な海域で育っていた可能性の是非もふくめ、気候変動がメガロドンの衰退の原因になったのかは賛否両論ある。また、ヒゲクジラの種類が減り、分布が極地に移ったことで、メガロドンの主な食料源が減った可能性もある。このサメの絶滅は、ヒゲクジラの巨大化の傾向と一致している。

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