John Sibbick / Museu de História Natural
Os mares cambrianos estavam cheios de novos tipos de animais, como o predador Anomalocaris (centro).
 
Uma série de pináculos escuros e escarpados se eleva 80 metros acima das planícies gramadas da Namíbia. Os picos lembram algo antigo - os túmulos das civilizações passadas ou as pontas das vastas pirâmides enterradas pelos séculos.
Os primeiros animais esqueléticos foram construtores de recifes
 
As formações de pedra são, de fato, monumentos de um império desbotado, mas não de nada talhado por mãos humanas. São recifes de pináculo, construídos por cianobactérias no fundo do mar raso, 543 milhões de anos atrás, durante um período conhecido como período ediacarano. O mundo antigo ocupado por esses recifes era verdadeiramente estranho. Os oceanos mantinham tão pouco oxigênio que os peixes modernos rapidamente se fundiam e morriam ali. Na época, um tapete pegajoso de micróbios cobria o fundo do mar e, naquele cobertor, havia uma variedade de animais enigmáticos, cujos corpos pareciam travesseiros finos e acolchoados. A maioria estava parada, mas alguns vagavam cegamente sobre o lodo, pastando nos micróbios. A vida animal naquele momento era simples e não havia predadores. Mas uma tempestade evolucionária logo derrubaria esse mundo quieto.
 
Dentro de vários milhões de anos, esse ecossistema simples desapareceria e daria lugar a um mundo governado por animais altamente móveis que exibiam características anatômicas modernas. A explosão cambriana, como é chamada, produziu artrópodes com pernas e olhos compostos, vermes com brânquias plumas e predadores rápidos que poderiam esmagar presas em mandíbulas com aros. Os biólogos discutem há décadas sobre o que desencadeou essa explosão evolutiva. Alguns pensam que um aumento acentuado de oxigênio provocou a mudança, enquanto outros dizem que ela surgiu do desenvolvimento de algumas das principais inovações evolutivas, como a visão. A causa exata permaneceu ilusória, em parte porque pouco se sabe sobre o ambiente físico e químico da época.
 
Mas, nos últimos anos, as descobertas começaram a fornecer algumas pistas tentadoras sobre o fim dos ediacaranos. As evidências coletadas nos recifes da Namíbia e em outros locais sugerem que as teorias anteriores eram excessivamente simplistas - que a explosão cambriana realmente surgiu de uma complexa interação entre pequenas mudanças ambientais que desencadearam grandes desenvolvimentos evolutivos.
Fósseis antigos ostentam cérebros modernos
 
Alguns cientistas agora pensam que um pequeno aumento, talvez temporário, de oxigênio ultrapassou repentinamente um limiar ecológico, permitindo o surgimento de predadores. O surgimento da carnivoria teria desencadeado uma corrida armamentista evolucionária que levou à explosão de tipos e comportamentos corporais complexos, que hoje enchem os oceanos. "Este é o evento mais significativo na evolução da Terra", diz Guy Narbonne, paleobiologista da Queen's University, em Kingston, Canadá. "O advento da carnivoria generalizada, possibilitada pela oxigenação, provavelmente foi um dos principais gatilhos."

Energia para queimar

No mundo moderno, é fácil esquecer que animais complexos são relativamente novos na Terra. Desde que a vida surgiu pela primeira vez, há mais de 3 bilhões de anos, os organismos unicelulares dominaram o planeta durante a maior parte de sua história. Prosperando em ambientes que careciam de oxigênio, eles contavam com compostos como dióxido de carbono, moléculas contendo enxofre ou minerais de ferro que atuam como agentes oxidantes para decompor os alimentos. Grande parte da biosfera microbiana da Terra ainda sobrevive nessas vias anaeróbicas.
 
Os animais, no entanto, dependem do oxigênio - uma maneira muito mais rica de ganhar a vida. O processo de metabolizar alimentos na presença de oxigênio libera muito mais energia do que a maioria das vias anaeróbicas. Os animais confiam nessa combustão potente e controlada para impulsionar inovações que consomem muita energia, como músculos, sistemas nervosos e as ferramentas de defesa e carnivoria - conchas mineralizadas, exoesqueletos e dentes.
Flutuações de oxigênio paralisaram a vida na Terra
 
Dada a importância do oxigênio para os animais, os pesquisadores suspeitaram que um aumento repentino do gás para níveis quase modernos no oceano poderia ter causado a explosão cambriana. Para testar essa idéia, eles estudaram sedimentos oceânicos antigos estabelecidos durante os períodos de Ediacara e Cambriano, que juntos variaram de cerca de 635 a 485 milhões de anos atrás.
 
Na Namíbia, na China e em outros lugares ao redor do mundo, os pesquisadores coletaram rochas que antes eram fundos marinhos antigos e analisaram as quantidades de ferro, molibdênio e outros metais neles. A solubilidade dos metais depende fortemente da quantidade de oxigênio presente; portanto, a quantidade e o tipo desses metais nas rochas sedimentares antigas refletem a quantidade de oxigênio existente na água há muito tempo, quando os sedimentos se formaram.
 
Esses representantes pareciam indicar que as concentrações de oxigênio nos oceanos aumentaram em várias etapas, aproximando-se das concentrações atuais da superfície do mar no início do Cambriano, cerca de 541 milhões de anos atrás - pouco antes dos animais mais modernos aparecerem e diversificarem de repente. Isso apoiou a ideia do oxigênio como um gatilho chave para a explosão evolutiva.
 
Mas no ano passado, um grande estudo 1 de antigos sedimentos do fundo do mar desafiou essa visão.

Erik Sperling, paleontólogo da Universidade de Stanford, na Califórnia, compilou um banco de dados de 4.700 medições de ferro tiradas de rochas ao redor do mundo, abrangendo os períodos ediacarano e cambriano. Ele e seus colegas não encontraram um aumento estatisticamente significativo na proporção de água oxídica para anóxica na fronteira entre os ediacaranos e os cambrianos.
Archaeageddon: como os micróbios que arrotam gases podem ter causado a extinção em massa
 
"Qualquer evento de oxigenação deve ter sido muito, muito menor do que o que as pessoas normalmente consideravam", conclui Sperling. A maioria das pessoas supõe “que o evento de oxigenação elevou o oxigênio essencialmente aos níveis modernos modernos. E provavelmente não foi esse o caso ”, diz ele.
 
Os resultados mais recentes chegam em um momento em que os cientistas já estão reconsiderando o que estava acontecendo com os níveis de oxigênio nos oceanos durante esse período crucial. Donald Canfield, geobiólogo da Universidade do Sul da Dinamarca em Odense, duvida que o oxigênio tenha sido um fator limitante para os primeiros animais. Em um estudo publicado no mês passado 2 , ele e seus colegas sugerem que os níveis de oxigênio já eram altos o suficiente para suportar animais simples, como esponjas, centenas de milhões de anos antes de realmente aparecerem. Os animais cambrianos precisariam de mais oxigênio do que as primeiras esponjas, admite Canfield. "Mas você não precisa de um aumento de oxigênio através da fronteira ediacarana / cambriana", diz ele; o oxigênio já poderia ter sido abundante o suficiente "por muito, muito tempo antes".
 
"O papel do oxigênio na origem dos animais tem sido bastante debatido", diz Timothy Lyons, geobiólogo da Universidade da Califórnia, em Riverside. "De fato, nunca foi tão debatido como agora." Lyons vê um papel do oxigênio nas mudanças evolutivas, mas seu próprio trabalho 3 com molibdênio e outros metais vestigiais sugere que os aumentos de oxigênio imediatamente antes do Cambriano eram na sua maioria picos temporários isso durou alguns milhões de anos e gradualmente subiu (veja 'Quando a vida acelerou' ).
Nik Spencer / Natureza

Espelhos modernos

Sperling procurou informações sobre os oceanos ediacaranos, estudando regiões com falta de oxigênio nos mares modernos ao redor do mundo. Ele sugere que os biólogos adotaram convencionalmente a abordagem errada para pensar em como o oxigênio moldou a evolução animal. Ao reunir e analisar dados publicados anteriormente com alguns dos seus, ele descobriu que minúsculos vermes sobrevivem em áreas do fundo do mar onde os níveis de oxigênio são incrivelmente baixos - menos de 0,5% da média da concentração global da superfície do mar.

 As redes alimentares nesses ambientes pobres em oxigênio são simples e os animais se alimentam diretamente de micróbios. Em locais onde os níveis de oxigênio no fundo do mar são um pouco mais altos - cerca de 0,5% a 3% das concentrações na superfície do mar - os animais são mais abundantes, mas suas redes alimentares permanecem limitadas: os animais ainda se alimentam de micróbios e não uns dos outros. Porém, cerca de 3% a 10% dos níveis de oxigênio, os predadores emergem e começam a consumir outros animais 4 .
 
A teoria da evolução precisa repensar?
 
As implicações dessa descoberta para a evolução são profundas, diz Sperling. O modesto aumento de oxigênio que ele acha que pode ter ocorrido antes de o cambriano ter sido suficiente para provocar uma grande mudança. "Se os níveis de oxigênio fossem 3% e ultrapassassem esse limite de 10%, isso teria tido uma enorme influência na evolução animal precoce", diz ele. "Há tanta coisa na ecologia animal, estilo de vida e tamanho do corpo que parece mudar drasticamente através desses níveis".
O surgimento gradual de predadores, impulsionado por um pequeno aumento de oxigênio, significaria problemas para os animais ediacaranos que careciam de defesas óbvias. "Você está olhando para formas de corpo mole e principalmente imóveis que provavelmente viveram suas vidas absorvendo nutrientes através da pele", diz Narbonne.
 
Estudos desses antigos recifes da Namíbia sugerem que os animais estavam realmente começando a ser vítimas de predadores no final dos ediacaranos. Quando a paleobióloga Rachel Wood, da Universidade de Edimburgo, Reino Unido, examinou as formações rochosas, ela encontrou pontos onde um animal primitivo chamado C loudina havia tomado parte do recife microbiano. Em vez de se espalharem pelo fundo do oceano, essas criaturas em forma de cone viviam em colônias lotadas, que escondiam suas partes vulneráveis ​​de predadores - uma dinâmica ecológica que ocorre nos recifes modernos 5 .
 
C loudina estava entre os primeiros animais conhecidos por terem crescido exoesqueletos mineralizados. Mas eles não estavam sozinhos. Dois outros tipos de animais nesses recifes também tinham partes mineralizadas, o que sugere que vários grupos não relacionados desenvolveram conchas esqueléticas na mesma época. "Os esqueletos são bastante caros de produzir", diz Wood. "É muito difícil encontrar uma razão que não seja a defesa do motivo pelo qual um animal deveria se preocupar em criar um esqueleto para si". Wood acha que os esqueletos forneceram proteção contra predadores recém-desenvolvidos. Alguns fósseis de C loudina daquele período têm até furos nas laterais, que os cientistas interpretam como as marcas de atacantes que perfuram as conchas das criaturas 6 .
 
Os paleontologistas descobriram outras dicas de que os animais começaram a se comer no final de Ediacaran. Na Namíbia, Austrália e Terra Nova, no Canadá, alguns sedimentos do fundo do mar preservaram um tipo incomum de túnel feito por uma criatura desconhecida, semelhante a um verme 7 . Chamadas tocas de Treptichnus , essas guerras se ramificam repetidamente, como se um predador logo abaixo do tapete microbiano tivesse sondado sistematicamente as presas no topo. As tocas de Treptichnus se assemelham às dos vermes priapulídeos modernos, ou 'pênis' - vorazes predadores que caçam de maneira notavelmente semelhante nos modernos fundos marinhos 8 .
A ascensão da predação nessa época colocou os grandes e sedentários animais ediacaranos em grande desvantagem. "Ficar sentado sem fazer nada se torna uma obrigação", diz Narbonne.

O mundo em 3D

O momento da transição do mundo ediacarano para o cambriano é registrado em uma série de afloramentos de pedra arredondados por geleiras antigas no extremo sul da Terra Nova. Abaixo desse limite, há impressões deixadas por animais ediacaranos, os últimos fósseis registrados na Terra. E apenas 1,2 metros acima deles, o siltito cinza contém trilhas de marcas de arranhões, que se acredita terem sido feitas por animais com exoesqueletos, andando sobre pernas articuladas - a evidência mais antiga de artrópodes na história da Terra.
 
Ninguém sabe quanto tempo passou nessa rocha intermediária - talvez apenas alguns séculos ou milênios, diz Narbonne. Mas durante esse curto espaço de tempo, a fauna ediacarana de corpo mole e estacionária desapareceu subitamente, levada à extinção por predadores, ele sugere.
"Este é o evento mais significativo na evolução da Terra."
Narbonne estudou de perto as poucas fauna que sobreviveram a essa transição, e suas descobertas sugerem que algumas delas adquiriram novos tipos de comportamento mais complexos. As melhores pistas vêm de vestígios deixados por animais pacíficos e semelhantes a vermes que pastavam no tapete microbiano. As primeiras trilhas de cerca de 555 milhões de anos atrás serpenteiam e cruzam-se ao acaso, indicando um sistema nervoso pouco desenvolvido que era incapaz de sentir ou reagir a outros pastores nas proximidades - quanto mais aos predadores. Mas no final dos ediacaranos e no início dos cambrianos, as trilhas se tornam mais sofisticadas: criaturas esculpiam curvas mais apertadas e aravam linhas paralelas e espaçadas entre si através dos sedimentos. Em alguns casos, uma trilha de alimentação curvilínea transita abruptamente para uma linha reta, que Narbonne interpreta como evidência potencial do escavador escapar de um predador 9 .
 
Essa mudança no estilo de pastoreio pode ter contribuído para a fragmentação do tapete microbiano, que começou no início do Cambriano. E a transformação do fundo do mar, diz Narbonne, "pode ​​ter sido a mudança mais profunda na história da vida na Terra" 10 , 11 . O tapete já havia coberto o fundo do mar como uma camada de filme plástico, deixando os sedimentos subjacentes em grande parte anóxicos e fora dos limites para os animais. Como os animais não podiam escavar profundamente no Ediacaran, ele diz: "o tapete significava que a vida era bidimensional". Quando as capacidades de pastoreio melhoraram, os animais penetraram no tapete e tornaram os sedimentos habitáveis ​​pela primeira vez, o que abriu um mundo em 3D.
 
Faixas do início dos Cambrianos mostram que os animais começaram a escavar vários centímetros nos sedimentos sob o tapete, que davam acesso a nutrientes anteriormente inexplorados - bem como um refúgio de predadores. Também é possível que os animais tenham ido na direção oposta. Sperling diz que a necessidade de evitar predadores (e perseguir presas) pode ter levado os animais para a coluna d'água acima do fundo do mar, onde níveis mais altos de oxigênio lhes permitiam gastar energia nadando.
 
As evidências emergentes sobre os limiares de oxigênio e a ecologia também poderiam lançar luz sobre outra questão evolutiva importante: quando os animais se originaram? Os primeiros fósseis indiscutíveis de animais aparecem apenas 580 milhões de anos atrás, mas evidências genéticas indicam que grupos básicos de animais se originaram já entre 700 e 800 milhões de anos atrás. Segundo Lyons, a solução pode ser que os níveis de oxigênio tenham subido para talvez 2% ou 3% dos níveis modernos cerca de 800 milhões de anos atrás. Essas concentrações poderiam ter sustentado animais pequenos e simples, como fazem hoje nas zonas pobres em oxigênio do oceano. Mas animais com corpos grandes não poderiam ter evoluído até que os níveis de oxigênio subissem mais alto no Ediacaran.
 
Entender como o oxigênio influenciou a aparência de animais complexos exigirá que os cientistas provoquem pistas mais sutis das rochas. "Temos desafiado as pessoas que trabalham com fósseis a amarrá-los mais de perto aos nossos proxies de oxigênio", diz Lyons. Significará decifrar quais eram os níveis de oxigênio em diferentes ambientes antigos e conectar esses valores aos tipos de características exibidas pelos fósseis de animais encontrados nos mesmos locais.
 
No outono passado, Woods visitou a Sibéria com esse objetivo em mente. Ela coletou fósseis de Cloudina e outro animal esqueletizado, Suvorovella , dos últimos dias do Ediacarano. Esses locais lhe deram a chance de reunir fósseis de muitas profundidades diferentes no oceano antigo, das águas superficiais mais ricas em oxigênio às zonas mais profundas. Wood planeja procurar padrões em que os animais estão esqueletos mais duros, se estão sob ataque de predadores e se algo disso tem uma ligação clara com os níveis de oxigênio, diz ela. "Só então você pode escolher a história."