Os 10 espectaulares dinossauros com chifres

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Eotriceratops

Eotriceratops was named in 2007; its name means “early Triceratops”, because it looked quite like Triceratops but lived a couple million years earlier. Since Triceratops is so famous, Eotriceratops’ appearance (spikey frill, two long horns over the eyes and one short horn in the snout) may seem very familiar, but there is something that makes this animal special and deserving of a spot in this list; its size. It was the largest ceratopsian, according to paleontologists, with a skull that measured three meters long and was as heavy as a car! The entire animal was probably 9-10 meters long and weighed more than a Tyrannosaurus rex. It is possible that Eotriceratops was the ancestor of Triceratops (which was, until Eotriceratops’ discovery, considered the largest horned dinosaur). It lived in Canada 68 million years ago.

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Pachyrhinosaurus

Its name means “thick nosed reptile”, because, instead of having horns as many other ceratopsians did, this creature had strange bony growths which may have been used in head butting duels. They also had spikes and horns in the edges of the frill, and a strange, unicorn-like horn just behind the eyes. The size and shape of these ornaments was different for every individual, so perhaps they helped the Pachyrhinosaurus to recognize each other. Many specimens have been discovered, and adults and juveniles are often found together, which suggests these dinosaurs care for their young. This was a pretty big animal, growing up to 8 meters long and weighing four tons- about as large as a modern elephant.

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Medusaceratops

This ceratopsian had strangely curved horns on its frill. It was about seven meters long and was, at first, mistaken for another kind of dinosaur, Albertaceratops, so it was not named until 2010. Medusaceratops means “Medusa horned face”, because the hooked horns would resemble the snake-hairdo of the terrible Medusa from Greek myth. As for the creatures specific name, “lokii”, it honors the Norse god of mischief, Loki. Why? It seems that the paleontologist who named it is a big fan of Marvel comics, which depict Loki as a villain wearing a horned helmet (although in my opinion, Medusaceratops looks way cooler). Medusaceratops’ remains were found in Montana; it lived 77 million years ago.

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Pentaceratops

Pentaceratops is often said to have the largest skull of any land animal (although both Torosaurus and Eotriceratops may rival it). Its name means “five-horned face”. This may be misleading, since two of its horns are actually epijugal bones (the spike-like projections under the eyes) which most ceratopsians had, but were particularly large in Pentaceratops. Another interesting trait of Pentaceratops is the frill, which is slightly heart-shaped and more vertical than that of other ceratopsians. The frill had two holes or “fenestrae” which were covered in skin when the animal was alive. Paleontologists believe that this skin was brightly colored and was used to frighten predators and challenge its same-species rivals. It is even possible that they could change the color and patterns of the skin, although this is a mere speculation. Pentaceratops remains have been found in New Mexico; it was a very large beast, at 8 meters long and weighing up to 5.5 tons.

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Styracosaurus

Although this is one of the “classic” dinosaurs and has been known since 1913, Styracosaurus has retained its place as one of the most spectacular ceratopsians. It had one long and dangerous horn on its snout, and six other horns protruding from the frill (hence its name, which means “spiked reptile”). This dinosaur was so frightening-looking that most predators probably avoided a direct confrontation with a fully grown adult. Styracosaurus remains have been found in Canada. It was about 5.5 meters long and weighed about 3 tons.

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Einiosaurus

Einiosaurus was discovered in 1985, and named in 1995. Its name means “bison lizard”. Although closely related to Styracosaurus, it had a very different appearance; it had only two long, straight horns on its frill, and a strange, flattened, forward-curving nasal horn that resembled a bottle opener. Although the nasal horn was probably not a very effective weapon, the straight horns in the frill probably protected the animal from the bites of large carnivorous dinosaurs, preventing them from biting the neck of the back of the frill. Like Pachyrhinosaurus, Einiosaurus is known to have lived in large herds. Its remains have been found in Montana.

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Diabloceratops

Diabloceratops means “devil horned face”. Its spectacular remains were found in Utah. It had a very small nasal horn, but its brow horns were quite large, and the ones in top of the frill were even larger. These four horns, along with the forward-curving frill, gave this animal a strange appearance, different from all other horned dinosaurs known. Diabloceratops seems to be a primitive horned dinosaur, since it shares some anatomical traits with the protoceratopsids, a closely related but less advanced family. Its jaws were massive, which suggests that its bite was very powerful. The same is true for most other ceratopsians and it is possible that many species used their huge beaks as much as their horns, as weapons against predators.

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Rubeosaurus

Rubeosaurus was formerly thought to be a Styracosaurus species. This dinosaur’s frill horns were much smaller than Styracosaurus’, but its nasal horn was enormous, and obviously a formidable defensive weapon. Unlike the horn of a rhinoceros, which is made entirely of keratin (the same protein hair and nails are made of), Rubeosaurus, and most other ceratopsians, had horns composed of a bony core covered on a sheath of keratin. Keratin usually does not fossilize, so the horns of ceratopsians were longer and sharper in life than they look in museums and photos of the fossils. Unfortunately, without the keratin sheath, it is impossible to know exactly how long the horns were. Another particular trait of Rubeosaurus is the straight horns on top of the frill, which coverage so that the tips almost touch each other.

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Coahuilaceratops

Coahuilaceratops magnacuerna was closely related to Pentaceratops, and was discovered in the northern Mexican state of Coahuila. It had a small nasal horn, but its brow horns were huge, the largest of any known dinosaur, measuring perhaps one meter and a half (again, it is impossible to know without the keratin sheath), hence the creature’s specific name (magnacuerna means “large horned”). Although the press initially claimed that Coahuilaceratops weighed 12 tons (twice as much as your average T-Rex!), it was actually around 5 tons, the size of an elephant, and measured about 7 meters long. It was described in 2010, being one of the latest additions to the ceratopsian bestiary, and certainly one of the most spectacular of all dinosaurs.

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Kosmoceratops

One of the latest dinosaur discoveries is also deserving of the first place in this list; Kosmoceratops had not less than thirteen horns! (Fifteen if you count the epijugal bones). It has been called by scientists “the most ornate of all dinosaurs” and “one of the most amazing animals known”. Its name means “ornate horned face”. This is perhaps the best proof that dinosaurs took theatricality quite seriously; the forward facing horns in the frill and down-facing, curved horns on its brows were not practical for either attack of defense, and were more likely an exhibition to frighten rivals and predators and to attract potential mates. Kosmoceratops lived in western North America; its remains have been found in Utah.

A evolução da pena, a mais elegante invenção da natureza

A curiosa evolução dos animais com penas revela que as aves são os parentes mais próximos dos dinossauros.

Por Carl Zimmer
Foto de Robert Clark

Em carta de 1860, Charles Darwin perdeu a esperança de que a seleção natural pudesse explicar algum impedimento ao voo como a calda do pavão, Mais tarde ele iria ressaltar a seleção sexual: pavões espalhafatosos agradam às fêmeas.

Raros dentre nós têm a oportunidade de ver as grandes maravilhas da natureza. Nunca podemos dar uma espiada no olho de uma lula-colossal, tão grande quanto uma bola de basquete. O mais próximo a que chegamos de uma presa de narval, parecida com a de um unicórnio, é por meio de fotos. Mas há uma maravilha natural acessível a todos, e para presenciá-la basta olhar para o céu.

As aves são de tal modo comuns, até mesmo nos locais mais urbanizados do planeta, que é fácil ficar indiferente. No entanto, elas preservam muito do legado dos dinossauros e são dotadas de uma engenhosa plumagem que lhes permite voar. Para suportar a força das correntes de ar, uma pena de voo tem formato assimétrico, com a borda de ataque fina e rígida e a borda de fuga longa e flexível. A fim de gerar a força de sustentação, a ave só precisa inclinar as asas, ajustando o fluxo de ar tanto embaixo quanto acima delas. 

As asas dos aviões aproveitam alguns desses mesmos truques aerodinâmicos. Contudo, uma asa de ave é bem mais complexa do que qualquer coisa feita de placas metálicas e rebites. A partir da raque, o eixo central da asa, projeta-se uma série de barbas mais esguias, cada qual dando origem a bárbulas (filamentos) ainda menores, como ramos de um galho, todas dotadas de minúsculos ganchos. Eles se agarram aos ganchinhos das bárbulas adjacentes, criando uma trama leve e resistente. Quando um pássaro usa o bico para limpar as penas, as barbas se separam com facilidade e logo depois se recompõem.

A origem desse mecanismo admirável é um dos enigmas mais persistentes da evolução. Em 1861, dois anos depois de Darwin ter publicado A Origem das Espécies, os trabalhadores de uma pedreira na Alemanha toparam com fósseis espetaculares de uma ave do tamanho de um corvo, batizada de Archaeopteryx, que viveu há cerca de 150 milhões de anos. Ela tinha penas e outras características de aves vivas mas também resquícios de um passado reptiliano, tais como dentes na boca, garras nas asas e uma cauda óssea comprida. Como os fósseis de baleias com pernas, o Archaeopteryx parecia ser um instantâneo de uma metamorfose evolutiva crucial. "Para mim, é algo notável", confidenciou Darwin a um amigo.

O caso teria sido mais espantoso se os paleontólogos pudessem encontrar alguma criatura ainda mais primitiva dotada de penas - algo que buscaram em vão na maior parte do século e meio seguinte. Enquanto isso, outros cientistas tentaram elucidar a origem das penas por meio do estudo das escamas dos répteis modernos, os parentes vivos mais próximos das aves. Tanto as escamas como as penas são planas. Por isso, talvez as escamas dos ancestrais das aves tenham se esticado ao longo das gerações. Mais tarde suas bordas poderiam ter se rasgado e se dividido, transformando-as nas primeiras penas verdadeiras.

E também fazia sentido que essa mudança tivesse ocorrido como uma adaptação ao voo. Vamos imaginar os ancestrais das aves como pequenos répteis escamosos e quadrúpedes, vivendo na copa das árvores e saltando de uma árvore para outra. Se tivessem se tornado cada vez maiores, as escamas teriam proporcionado uma força de sustentação crescente, a qual teria permitido que essas protoaves planassem por distâncias cada vez maiores. Em resumo, a evolução das penas teria acompanhado a evolução do voo.

Essa hipótese de que as penas teriam levado ao voo começou a degringolar na década de 1970, quando o paleontólogo John Ostrom, da Universidade Yale, notou as surpreendentes semelhanças entre o esqueleto das aves e o dos dinossauros terrestres denominados terópodes, um grupo que inclui monstros famosos, como o Tyrannosaurus rex e o Velociraptor. Era óbvio, argumentou Ostrom, que as aves eram os descendentes vivos daqueles gigantes; mesmo assim, muitos dos terópodes conhecidos tinham pernas grandes, braços pequenos e cauda longa e robusta - características anatômicas que não combinam muito com criaturas acostumadas a saltar de uma árvore para outra.

Em 1996, paleontólogos chineses proporcionaram inesperada confirmação da hipótese de Ostrom. Era o fóssil de um pequeno terópode, de braços curtos e 125 milhões de anos de idade, o Sinosauropteryx, dono de uma característica extraordinária: uma camada de filamentos finos e ocos recobrindo a parte traseira do corpo e a cauda. Pelo menos havia indícios de penas primitivas - achadas em um terópode que se locomovia no solo. Ou seja, a origem das penas pode não ter nada a ver com o surgimento do voo.

Logo depois os paleontólogos encontraram centenas de terópodes emplumados, e com eles começaram a montar uma história mais detalhada das penas. Primeiro, surgiram os filamentos simples. Mais tarde, diferentes linhagens de terópodes desenvolveram vários tipos de penas, algumas parecidas com a penugem das aves atuais. Outros terópodes tinham penachos longos e rígidos ou filamentos largos, diferentes das penas de qualquer ave hoje existente.

Os filamentos longos e ocos encontrados nos terópodes intrigavam. Se eram penas primitivas, como haviam evoluído de escamas achatadas? Por sorte, hoje ainda podemos ver criaturas que, a exemplo dos terópodes, também exibem penas filamentosas: os bebês das aves. Em um filhote em crescimento, todas as penas surgem como cerdas que se erguem na pele; só depois elas se fendem e assumem formatos mais complexos. No embrião da ave, essas cerdas irrompem de minúsculas áreas de células ectodérmicas denominadas placoides. Um anel de células de crescimento rápido no topo do placoide ergue uma parede cilíndrica que se transforma numa cerda.

Os répteis também têm placoides. No embrião de um réptil, porém, cada um deles ativa genes que fazem com que apenas as células dérmicas na borda inferior do placódio cresçam e acabem formando as escamas. No fim da década de 1990, Richard Prum e Alan Brush exploraram a ideia de que a transição de escamas para penas poderia ter ocorrido em função de uma pequena mudança no conteúdo das instruções genéticas, levando as células a crescer na vertical, através da pele, em vez de horizontalmente. Após o surgimento dos primeiros filamentos, teriam sido necessárias apenas alterações menores para a obtenção de penas dotadas de complexidade crescente.

Até pouco tempo atrás, acreditava-se que as penas teriam surgido pela primeira vez em um espécime primitivo da linhagem dos terópodes que iria culminar nas aves. Em 2009, contudo, cientistas chineses anunciaram ter descoberto uma criatura de dorso hirsuto, o Tianyulong, no ramo ornitisquiano da família dos dinossauros - o parente mais distante possível dos terópodes. Isso levantou a chance assombrosa de que o ancestral de todos os dinossauros tinha penas semelhantes a cerdas, e de que, no decorrer da evolução, algumas espécies as teriam perdido. A origem das penas pode se situar em um passado anterior caso se confirme que a "penugem" encontrada em alguns pterossauros de fato sejam penas, pois esses répteis voadores compartilham com os dinossauros de um ancestral ainda mais antigo.

E há uma possibilidade surpreendente. Os parentes vivos com maior proximidade das aves e dinossauros são os crocodilianos. Embora tais bichos escamosos não tenham penas, hoje a descoberta nos aligatores do mesmo gene associado à construção das penas nas aves indica que, há 250 milhões de anos, antes de as linhagens terem divergido, é provável que o mesmo não ocorresse com seus antepassados. Portanto, talvez a questão a ser colocada, de acordo com alguns cientistas, não é como as aves passaram a ter penas, mas como os aligatores as perderam.

O que nos leva a mais uma questão: se as penas não evoluíram primeiro em função do voo, que outra vantagem proporcionavam às criaturas emplumadas? Para alguns paleontólogos, as penas podem ter surgido como isolante térmico. Além dessa hipótese, outra que ganhou força em anos recentes é a de que as penas surgiram para ser vistas. Hoje as penas das aves exibem enorme variedade de cores e padrões, com reflexos iridescentes e faixas e manchas brilhantes. Um pavão desdobra a cauda irisada, por exemplo, para atrair uma fêmea. A ideia de que os terópodes tenham desenvolvido penas em função de algum tipo de exibição recebeu grande impulso em 2009, quando os cientistas começaram a examinar com mais atenção a estrutura delas.

No interior das penas descobriram bolsas microscópicas, denominadas melanossomos, cujo formato corresponde exatamente às estruturas associadas a cores específicas nas penas das aves atuais. Esses melanossomos encontram-se tão bem preservados que os cientistas podem, na verdade, reconstruir a cor das penas dos dinossauros. A cauda do Sinosauropteryx, por exemplo, deve ter apresentado faixas avermelhadas e brancas, úteis em caso de camuflagem contra predadores ou para atrair o sexo oposto.

Qualquer que tenha sido a finalidade original das penas, elas existiram por milhões de anos antes de qualquer linhagem de dinossauros começar a usá-las para voar. Os paleontólogos estudam os terópodes mais próximos das aves em busca de pistas sobre essa transição. Uma das mais promissoras é uma maravilha recém-descoberta e batizada de Anchiornis, que viveu há mais de 150 milhões de anos. Do tamanho de uma galinha, ele tinha penas nos membros anteriores com partes em preto e branco, criando o mesmo padrão reluzente que se costuma ver nos galos de raça. Na cabeça ostentava uma vistosa crista rubra. As plumas do Anchiornis eram quase idênticas às penas para voar, com a única diferença de que, ao contrário destas últimas, eram simétricas, ou seja, frágeis demais para permitir o voo.

O que faltava de resistência a essas plumas, contudo, era compensado por sua quantidade. O Anchiornis tinha superabundância de penas. Elas recobriam os membros anteriores e posteriores e até mesmo os dedos. É possível que a seleção sexual esteja por trás da evolução dessa plumagem extravagante, tanto quanto da evolução atual da cauda do pavão. E, do mesmo modo como essa cauda comprida e pesada constitui um fardo para o pavão, as penas extraordinárias do Anchiornis podem igualmente ter sido bastante incômodas.

Corwin Sullivan e seus colegas do Instituto de Paleontologia de Vertebrados e Paleoantropologia, em Pequim, descobriram que nos terópodes que eram aparentados às aves atuais um determinado osso do carpo tinha a forma de cunha, permitindo que dobrassem as mãos. No caso do Anchiornis, o osso carpal era uma cunha tão acentuada que ele podia dobrar os braços para os lados, mantendo a plumagem dos membros anteriores longe do chão quando se deslocava.

As aves modernas usam um osso similar ao voar, trazendo as asas junto ao corpo quando fazem um movimento ascendente. Se Sullivan estiver correto, essa característica crucial do voo evoluiu bem antes de as aves começarem a voar. É um exemplo do que os biólogos evolutivos chamam de "exaptação": o aproveitamento de um elemento anatômico antigo em uma nova função.

Essa transição final continua a inspirar debates vigorosos. Para alguns cientistas, os dinossauros emplumados desenvolveram a capacidade de voar a partir do solo, batendo os membros emplumados enquanto corriam. Já outros contestam tal noção, salientando que as "asas posteriores" no Anchiornis e em outros parentes próximos das aves permitiriam apenas uma corrida desajeitada. Esses pesquisadores estão retomando aquela ideia antiga de que as protoaves usavam as penas primeiro como auxílio para saltar da copa das árvores, depois para planar e, por fim, para voar.

Correndo no solo, saltando de árvores ou ambos? Afinal, o voo não resultou da evolução em um mundo bidimensional, argumenta o estudioso de voo Ken Dial. Ele mostrou que em muitas espécies os filhotes batem as asas rudimentares a fim de obter tração quando fogem de predadores em superfícies inclinadas como tronco de árvore. Mas o bater das asas também ajuda o filhote a se estabilizar quando retorna a um terreno mais baixo. À medida que os filhotes amadurecem, tal descida controlada passa a dar lugar ao voo autônomo. Talvez, diz Dial, o caminho percorrido pelo filhote em seu desenvolvimento reproduza o caminho seguido por sua linhagem ao evoluir - experimentando pouco a pouco até alçar voo.

 EVOLUÇÃO DOS CANGURUS

Buenos días, cangurus

Os parentes mais antigos dos marsupiais australianos podem ter vivido na América do Sul

Carlos Fioravanti

Edição Impressa 179 - Janeiro 2011

© leonora Costa / ufes

Cuíca: um dos menores do Brasil

Marsupiais como o canguru e o coala começaram a se diversificar na Austrália há milhões de anos a partir de espécies do mesmo grupo que viveram na América do Sul, de acordo com uma hipótese recente que ganha força. Essa abordagem sustenta que os marsupiais brasileiros – os mais conhecidos são o gambá, a cuíca e a catita – formam o ramo mais antigo desse grupo de animais ainda com representantes vivos. As linhagens que viveram na Europa ou na Ásia se extinguiram (apenas uma espécie vive nos Estados Unidos e Canadá), restando apenas as da América do Sul e da Austrália.

Essa visão, reforçada por um estudo de pesquisadores da universidade alemã de Münster publicado em julho de 2010 na revista PLoS Biology, indica que o ramo de marsupiais que abarca as espécies brasileiras deu origem a outro, hoje com apenas uma espécie viva, o monito del monte (Dromiciops gliroides), animal de até 25 gramas das matas do Chile e da Argentina. O pequeno monito pode ser o parente vivo mais distante das quase 200 espécies de marsupiais australianos, incluindo as variedades mais encorpadas de cangurus, que podem pesar 70 quilogramas (kg).

“Geneticamente”, diz Ariovaldo Cruz Neto, pesquisador da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Rio Claro que estuda esses animais em colaboração com colegas australianos, “o monito exibe um grau de parentesco maior com as espécies australianas do que com as da América do Sul”. Os marsupiais brasileiros, embora mais antigos, não guardam mais parentesco direto com nenhum dos que vivem na Austrália. Segundo outra hipótese, apresentada em 2008 na PLoS One por um grupo da universidade australiana de Nova Gales do Sul, a espécie que originou os marsupiais australianos teria sido outra, a Djarthia murgonensis, que viveu há 30 milhões de anos a leste de um supercontinente que incluía as atuais América do Sul e Austrália.
Apesar da distância, os marsupiais americanos e australianos guardam outras semelhanças além do fato de os filhotes nascerem incompletos, sem pelo e cegos, após uma gestação de uma ou duas semanas, e seguirem para as mamas da mãe, normalmente protegidas por uma bolsa chamada marsúpio, onde crescem por mais dois ou três meses antes de verem a luz. Cruz Neto e seus colaboradores da Austrália verificaram que o organismo dos marsupiais da América do Sul e da Austrália funciona de modo muito semelhante para produzir e queimar energia, independentemente do porte ou do tipo de ambiente em que vivem.
A maioria das quase 90 espécies de marsupiais das Américas pesa entre 10 gramas e 1 kg, vive em geral em florestas e se alimenta principalmente de insetos. Já um canguru pode ter o porte de um homem adulto, embora a menor das 21 espécies desse grupo pese 400 gramas. Na Austrália, os marsupiais vivem em túneis, no deserto ou em florestas úmidas e, como os americanos, se alimentam principalmente de invertebrados e frutos pequenos, embora uma espécie prefira néctar e a outra seja carnívora.

Organismos semelhantes – Os pesquisadores examinaram o metabolismo de representantes de duas espécies de cuíca da América do Sul, a Gracilinanus agilis e a Micoureus paraguayanus. A primeira apresentou uma temperatura corporal média de 33,5^o Celsius e a outra, de 33,3^o Celsius, pelo menos dois graus abaixo da temperatura média dos mamíferos placentários, o grupo ao qual pertencemos. Outra medida foi a da taxa metabólica basal, que indica o nível mínimo de energia de que o animal necessita para manter as funções vitais do corpo. Para manter essa taxa, cada uma das duas espécies gasta, respectivamente, 4,8 quilocalorias (kcal) e 5,5 kcal por dia.
A temperatura corporal e a taxa metabólica dos dois marsupiais brasileiros estavam muito próximas às de outros marsupiais australianos que já haviam sido examinados. “Do ponto de vista fisiológico”, diz Cruz Neto, “uma vez marsupial, sempre marsupial, apesar dos milhões de anos de evolução independente e das diferenças de dieta e hábitat das espécies que vivem na América do Sul e na Austrália”. Segundo ele, aparentemente não houve pressão seletiva que levasse à modificação do plano fisiológico, que foi suficiente para esses animais colonizarem a Austrália. “É como se os marsupiais tivessem uma mala com roupas que lhes permitissem viver em diferentes ambientes.”
Os marsupiais da América do Sul, embora menos diferentes entre si do que os autralianos, exibem distinções  sutis e relevantes no tamanho e no formato do crânio, da mandíbula, da escápula e da pélvis que expressam seus hábitos alimentares e os ambientes em que vivem. Diego Astúa, professor da Universidade Federal de Pernambuco, comparou as medidas do crânio de 2.932 animais da família dos didelfí­deos, que abarca a maioria dos marsupiais brasileiros, de marsupiais que vivem nos Andes e do monito del monte. Em um trabalho publicado em 2010, ele mostrou que metade dos didelfí­­deos apresentava diferenças no tamanho e na forma do crânio – em todos os casos, os machos eram mais cabeçudos que as fêmeas.

> Artigos científicos

1. ASTÚA, D. Cranial sexual dimorphism in New World marsupials and a test of Rensch’s rule in Didelphidae. Journal of Mammalogy. v. 91, n. 4, p. 1011-24. 2010.

2. COOPER, C.E.; WITHERS, P.C.; CRUZ-NETO, A.P. Metabolic, ventilatory and hygric physiology of a South American marsupial, the long-furred woolly mouse opossum. Journal of Mammalogy. v. 91, p 1-10. 2010.

Ilhas de savana

Manchas de cerrado surgiram sobre leitos de antigos rios da Amazônia

Marcos Pivetta

Edição Impressa 179 - Janeiro 2011

© ICM-Bio

Cercada por floresta, área de cerrado cresce sobre antigo leito de rio em Roraima

Vista de longe, a Amazônia é quase sempre homogênea. Um mar verde, de floresta. O desmatamento (ainda) se concentra em suas bordas, nas áreas de fronteira agrícola, como o norte de Mato Grosso e Rondônia e o centro-sul do Pará. Nesses lugares em que antes havia uma vegetação densa e fechada surgiram pastos, plantações, cidades ou simplesmente regiões devastadas. É razoável supor que zonas desflorestadas pelo homem há poucas décadas e posteriormente abandonadas podem dar origem inicialmente a uma formação verde mais aberta, no estilo dos campos e cerrados. Mas o que explicaria a ocorrência de grandes manchas de savana – vegetação de clima bem mais seco do que da Região Norte – coladas a florestas em lugares da Amazônia onde quase não houve desflorestamento recente, como na porção leste da ilha de Marajó, em trechos às margens do rio Madeira e também do rio Branco, em Roraima?

Para a geóloga Dilce Rossetti, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), de São José dos Campos (SP), a resposta está intimamente relacionada à história natural que moldou as características das bacias hidrográficas e do relevo da Amazônia. Antigos leitos de rios, por onde não corre mais água há alguns milhares de anos, sofreram um processo de sedimentação, viraram paleocanais e paleorrios – e foi justamente em cima desses segmentos aterrados de rios do passado que uma vegetação mais esparsa, com predomínio de gramíneas e poucas árvores, floresceu de forma natural. E não foi só isso. De acordo com o cenário proposto pela pesquisadora, especializada na reconstituição de paisagens do passado com o auxílio de dados de sensoriamento remoto, mudanças climáticas podem não ter sido o único fator que alterou o curso dos rios de outrora. “A reativação de falhas tectônicas deve ser a responsável por esse fenômeno”, afirma Dilce. “As pessoas pensam que a Amazônia é extremamente estável, mas ela tem oito regiões de ocorrência de sismos.” Embora não costumem gerar notícias, pois seu epicentro é em geral em zonas despovoadas e de floresta, alguns terremotos na região podem ser de grande magnitude e atingir até 6 ou 7 graus na escala Richter.
Essa teoria ganhou corpo depois que Dilce coordenou entre 2005 e 2008 um amplo trabalho multidisciplinar numa área piloto da Amazônia, a região do baixo Tocantins e da ilha de Marajó, no nordeste do Pará. O projeto Marajó, como os pesquisadores denominam a iniciativa que contou com financiamento da FAPESP, reconstituiu a história geológica da área desde o período Neógeno, há 23 milhões de anos, até os dias atuais.
Vários aspectos da região foram estudados: as variações dos padrões de vegetação no tempo geológico; a ocorrência de deslocamentos de terrenos por movimentação ao longo de falhas tectônicas; os sedimentos formados dentro de antigos ambientes, como rios, lagos, planícies de inundação; a variação do nível do mar; e as mudanças climáticas. Diversas ferramentas de análise foram empregadas nos estudos. Imagens de satélite e de radar foram utilizadas para caracterizar espacialmente a área e amostras de sedimentos em profundidades de até 120 metros foram coletadas. Foram ainda usadas técnicas de datação e de análise química da matéria orgânica preservada nos sedimentos para melhor reconstituir a sucessão de paisagens ao longo do tempo.
Localizada na foz do rio Amazonas, distante alguns quilômetros do continente, a ilha de Marajó se estende por quase 50 mil quilômetros quadrados – 33 vezes a área da cidade de São Paulo – e apresenta um padrão de cobertura vegetal com disposição singular: cerca de dois terços de sua área, em especial na porção centro-oeste, são tomados por mata fechada, a típica floresta equatorial; o outro terço, na parte leste, apresenta um mosaico de matas mais abertas cortadas por campos alagados e formações no estilo da savana. Essa divisão da ilha em dois perfis distintos de vegetação tem origem em sua história geológica, segundo a pesquisadora do Inpe.
Separação do continente – Até cerca de 10 mil anos atrás, havia praticamente apenas florestas fechadas em Marajó, com exceção das áreas cortadas por sua antiga bacia hidrográfica. A ilha ainda fazia parte do continente e sua porção norte atual estava sob o mar. Braços do rio Tocantins serpenteavam por seu território. Então começou o seu processo de separação da terra firme. A reacomodação de uma falha tectônica mudou o curso do Tocantins, cujas águas trocaram o sentido noroeste pelo nordeste, e abriu caminho para cortar a ligação física de Marajó, hoje considerada a maior ilha fluviomarinha do mundo, com o resto do Pará. Uma falha que divide grosseiramente a ilha ao meio também se movimentou. “Isso fez com que a porção leste da ilha sofresse um afundamento suave e ficasse mais sujeita a alagamentos, inicialmente por invasão da água do mar e, depois que este se retirou, por inundação nos períodos de chuva”, afirma Dilce. Estavam criadas as condições naturais para que a ilha passasse a apresentar dois tipos distintos de vegetação.

À medida que o Atlântico se retirou da ilha, areia e lama foram tampando o leito de antigos estuários e rios. As cheias periódicas nesse setor inviabilizaram a permanência de matas densas e criaram as condições ambientais para que, há 6.700 anos, se desenvolvesse uma vegetação de campos abertos em determinados períodos do ano. Em paralelo, no trecho ocidental de Marajó, mais estável, a floresta permaneceu intacta. Desconectados do rio Tocantins desde o início do processo de separação da ilha do continente, boa parte dos cursos d’água dessa zona secou e, com o tempo, tornou-se sítios onde a vegetação passou a crescer, inicialmente como gramíneas e arbustos, e depois como espécies de floresta.

© Serviço Geológico Americano

Rede de paleorrios se entrelaça com leito atual de rio na ilha de Marajó

Com as imagens de satélite, sobretudo as de radar, que esquadrinham as características do terreno mesmo em dias cheios de nuvens, o esqueleto da rede de paleorrios e paleocanais pode ser divisado pelos olhos treinados dos cientistas. Vêm à tona feições que hoje se encontram encobertas e camufladas pelo solo e sua vegetação. Às vezes, o antigo leito abandonado, hoje coberto por floresta ou savana, se encontra numa área em que não sobrou mais nenhum curso d’água nos arredores. Tudo foi aterrado. Em outras ocasiões, está próximo ao que restou do velho rio, que, devido ao tectonismo, teve de alterar o caminho pelo qual suas águas cortavam o relevo. Situado na porção dominada pela savana em Marajó, o atual maior lago da ilha, o Arari, está encaixado no paleoestuário que era alimentado por um rio hoje desaparecido que se originava no continente.
Em outras partes da Amazônia, o movimento nas falhas tectônicas igualmente alterou o curso de importantes rios e deixou uma série de paleocanais interconectados como vestígios desse chacoalhão na topografia. No centro-sul de Roraima, numa região dentro do Parque Nacional do Viruá a cerca de 190 quilômetros da capital Boa Vista, foi encontrada uma rede de paleorrios próximo da margem esquerda do atual rio Branco. Nessa mesma zona há uma extensa porção de savana em meio à floresta. “Alguns desses paleocanais ainda são ativos e podem ser tomados pelas águas na época das cheias”, diz o geógrafo Hiran Zani, que estuda a área em seu trabalho de doutorado sobre sensoriamento remoto no Inpe. “Datações preliminares da matéria orgânica preservada em amostras de sedimentos indicam que houve ali uma alteração de paisagem ao longo dos últimos 20 mil anos.”

Novo e velho Madeira – Um caso semelhante é o do rio Madeira na porção mais ao sul do estado do Amazonas. Nessa área, um segmento de 200 quilômetros de extensão do rio foi deslocado para leste em razão de um rearranjo de falhas tectônicas ocorrido há alguns milhares de anos. Vários dos afluentes da margem direita do Madeira também mudaram de lugar. Sobre os antigos leitos desses rios, que foram entupidos com sedimentos arenosos, cresceu uma vegetação do tipo campo ou cerrado. Em imagens de sensoriamento remoto e em fotos aéreas, esse tipo de vegetação mais aberta contrasta fortemente com a floresta de seu entorno. “Como na ilha de Marajó, as manchas de savana nessa região coincidem exatamente com os cursos dos antigos rios, hoje abandonados na paisagem”, afirma Dilce. “Somente mudanças climáticas no passado não teriam sido capazes de produzir faixas de savana que serpenteiam dentro da floresta e mimetizam os rios.”
Atribuir em boa medida a origem desses pontos isolados de savana na Amazônia à ocorrência de paleocanais de origem tectônica é uma ideia nova e ainda não consensual. O físico Luiz Carlos Pessenda, do Centro de Energia Nuclear da Agricultura (Cena) da Universidade de São Paulo (USP), que participa de alguns estudos com Dilce na ilha de Marajó e em outros pontos da Região Norte, concorda apenas em parte com a tese da pesquisadora do Inpe. “Os dados geo­lógicos são importantes, mas complementares”, afirma Pessenda. “A questão climática é sempre relevante independentemente dos dados sobre tectonismo.” Segundo o físico, as manchas de campos e cerrados surgiram devido à maior aridez do clima na região entre 9 mil e 3 mil anos atrás. Estudos isotópicos e geoquímicos em solos e sedimentos lacustres indicam que pode ter chovido bem menos na Amazônia e na Região Nordeste durante esse período, inviabilizando a manutenção da floresta tropical em certas zonas e abrindo caminho para a instalação de campos e cerrados.
Numa questão Pessenda e Dilce estão 100% de acordo: as áreas de savana natural parecem estar perdendo espaço nos últimos anos e as florestas densas e fechadas caminham para tomar seu território. Isso deve ocorrer – a menos que haja novas mudanças de fundo no relevo ou no clima da Amazônia.

O PROJETO
Integração de dados biológicos e geológicos no baixo Tocantins-ilha de Marajó: chave na análise da biodiversidade – nº 2004/15518-6

Fósseis: Formação, Classificação E Importância Paleoecológica

FÓSSEIS: FORMAÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E IMPORTÂNCIA PALEONTOLÓGICA


RESUMO: A vida surgiu há aproximadamente 3,8 bilhões de anos e, desde então, restos de animais e vegetais ou evidências de suas atividades ficaram preservados nas rochas. Estes restos e evidências são denominados fósseis e constituem o estudo da Paleontologia. Somente restos ou vestígios de organismos com mais de um milhão de anos (1Ma) são considerados fósseis. Após a morte dos organismos, no ciclo natural da vida, as partes moles entram em processo de decomposição devido à ação das bactérias, e as partes duras ficam sujeitas às condições ambientais, culminando com sua destruição total. A fossilização representa a quebra deste ciclo e, portanto, deve ser sempre vista como um fenômeno excepcional. No decorrer do tempo geológico, apenas uma percentagem ínfima das espécies que um dia habitaram a biosfera terrestre preservou-se nas rochas. Muitas espécies surgiram e desapareceram sem deixar vestígios, existindo portando muitos hiatos no registro paleontológico.
Palavras-chave: Decomposição; Excepcionalidade; Fósseis; Fossilização; Paleoinferências;
O QUE SÃO FÓSSEIS
A vida surgiu há aproximadamente 3,8 bilhões de anos e, desde então, restos de animais e vegetais ou evidências de suas atividades ficaram preservados nas rochas. Estes restos e evidências são denominados fósseis e constituem o estudo da Paleontologia. A história dos fósseis é também a história da migração dos continentes (paleogeografia), das mudanças climáticas (paleoclimatologia), das extinções em massa e das modificações ocorridas na fauna e flora ao longo do tempo geológico (CASSAB, 2004).
Somente restos ou vestígios de organismos com mais de um milhão de anos (1Ma) são considerados fósseis. Esse tempo, calculado pela ultima glaciação, é a duração estimada para a época geológica em curso: o Holoceno ou Recente. Não é imprescindível que o organismo fossilizado seja um ser extinto. Muitos animais e vegetais que vivem nos dias de hoje são encontrados no registro fossilífero. Alguns grupos sofreram poucas modificações ao longo do tempo geológico, e há formas conhecidas desde o Paleozóico. São denominados fósseis-vivos ou formas-relíquias, e como exemplos podemos citar o Ginkgo biloba, Lingula sp., Limulus sp. e Latimeria chalumnae (celacanto) (CASSAB, 2004).
Quando os restos ou vestígios possuem menos de um milhão de anos, são denominados subfósseis. São encontrados alguns exemplos na literatura, como um bisão preservado em turfeira e um homem antigo, mumificado, em depósitos de caverna. Encaixam-se neste caso os sambaquis, acúmulos de conchas, ossos e carvão resultantes da atividade humana, muito freqüentes no litoral brasileiro (CASSAB, 2004).
São utilizados ainda os termos dubiofósseis (estruturas que podem ser de origem orgânica, mas cuja natureza ainda não foi comprovada) e pseudofósseis (estruturas comprovadamente inorgânicas que se assemelham a organismos, tais como os dendritos de pirolusita (óxido de manganês), cujo hábito cristalino lembra impressões de um vegetal) (CASSAB, 2004).
O início do documentário fossilífero bem representado coincide com o desenvolvimento, no Cambriano, de esqueletos mineralizados maiores e mais resistentes nos invertebrados marinhos (CASSAB, 2004). Já o registro fóssil Pré-Cambriano, de rochas mais antigas, é bastante escasso, se o compararmos ao apresentado por sedimentos mais recentes. Essa escassez se justifica pela ação de processos metamórficos e erosivos. No Brasil, o Pré-Cambriano é pouco estudado, apesar dessas rochas ocuparem mais de 60% da área do País (LIMA, 1989).

FORMAÇÃO E PRESERVAÇÃO DOS FÓSSEIS

A fossilização de um organismo é resultante da ação de um conjunto de processos químicos, físicos e biológicos que atuam no ambiente deposicional. Têm mais chances de serem preservados aqueles organismos que possuem partes biomineralizadas por carbonatos, fosfatos e silicatos ou constituídos por materiais orgânicos resistentes, como a quitina e a celulose. Mesmo assim, ocorrem no registro geológico muitas preservações excepcionais de partes moles (CASSAB, 2004).
Após a morte dos organismos, no ciclo natural da vida, as partes moles entram em processo de decomposição devido à ação das bactérias, e as partes duras ficam sujeitas às condições ambientais, culminando com sua destruição total. A fossilização representa a quebra deste ciclo e, portanto, deve ser sempre vista como um fenômeno excepcional. No decorrer do tempo geológico, apenas uma percentagem ínfima das espécies que um dia habitaram a biosfera terrestre preservou-se nas rochas. Muitas espécies surgiram e desapareceram sem deixar vestígios, existindo portando muitos hiatos no registro paleontológico (CASSAB, 2004).
Vários fatores atuam na preservação dos indivíduos e favorecem a fossilização. O soterramento rápido após a morte, a ausência de decomposição bacteriológica, a composição química e estrutural do esqueleto, o modo de vida, as condições químicas que imperam no meio, são alguns desses fatores, cujo somatório determinará o modo de fossilização. Mesmo depois dos fosseis já estarem formados, outros fatores concorrem para sua destruição nas rochas, como águas percolantes, agentes erosivos, vulcanismo, eventos tectônicos e metamorfismo. As rochas onde os fosseis são encontrados indicam as condições que prevaleceram no ambiente onde esses organismos viviam ou para o qual seus restos foram transportados (CASSAB, 2004).
Peculiaridades químicas e fatores físicos, juntos, são responsáveis pela preservação e integridade do espécime fóssil. Os principais são: distância do transporte, tempo de flutuação, taxa de deterioração, taxa de mineralização e taxa de sedimentação (MARTINS-NETO & GALLEGO, 2006).
A distância do transporte depende de peculiaridades na variação de possibilidades do fluxo da água e velocidade do vento. Igualmente, atuam a carga do fluxo, topografia do terreno, inclinação, barreiras, vegetação e taxa de precipitação (MARTINS-NETO & GALLEGO, 2006).
O tempo de flutuação depende de características peculiares de matérias contidas na água: concentração salina, quantidade de O₂, resistência exterior, densidade, pH, temperatura, profundidade, tamanho, presença de minerais e fragmentos. Paralelamente, o tempo de flutuação depende da conveniência do organismo: se ele é duro, leve, pontiagudo, plano, delicado, grande, pequeno, e especialmente se ele está vivo ou morto (MARTINS-NETO & GALLEGO, 2006).
A taxa de deterioração depende de características peculiares presentes na água: quantidade de microorganismos, presença ou ausência de anoxia no fundo, ausência ou presença e quantidade de minerais específicos no corpo d'água, e sobre ele (MARTINS-NETO & GALLEGO, 2006).
O tempo de flutuação, combinado com a distância do transporte, produz um produto final: o fóssil coletado, dessa forma reduzindo-o a seis variáveis: fóssil completamente articulado; semi-articulado; totalmente desarticulado; completamente fragmentado; semi-fragmentado e totalmente desarticulado. Uma espécie totalmente articulada implica que a distância do transporte foi mínima (mesmo terrestre) ou rápida (mesmo aérea), dessa forma impedindo ou iniciando o processo de transporte por abrasão (MARTINS-NETO & GALLEGO, 2006).
A seqüência ou ordem de desarticulação é um importante fator na análise da historia tafonômica (tafonomia: tafos=sepultamento; nomos=leis) de um vertebrado, porque fornece subsídios importantes para o entendimento dos processos e eventos ocorridos no pós-morte/pré-soterramento. Nos vertebrados, a seqüência de desarticulação é determinada pelo tipo de articulação do elemento ósseo no esqueleto. Sob condições de clima úmido ou em ambiente marinho, a desarticulação se inicia com a desconexão do crânio, devido à alta mobilidade da junção atlas-áxis, seguindo a desarticulação dos membros e da coluna vertebral caudal. Por último, há a desarticulação da coluna vertebral dorsal-sacral. Em vertebrados terrestres, sob clima árido, essa seqüência é prejudicada pela mumificação (preservação parcial das partes moles por desidratação) das carcaças. Fatores adicionais, como a ação de necrófagos e, no caso de vertebrados terrestres, o pisoteio (trampling) podem contribuir para a desarticulação esquelética (SIMÕES & HOLZ, 2004).
TIPOS DE FOSSILIZAÇÃO
Os fosseis podem se preservar de diferentes modos, dependendo dos fatores e das substancias químicas que atuaram após a morte do organismo. Podem-se reunir os tipos de fossilização em dois grandes grupos: Restos e Vestígios.

1. Restos: na maioria das vezes, consistem nas partes mais resistentes dos organismos, tais como conchas, ossos e dentes, denominadas partes duras. Com a evolução dos conhecimentos, tem-se descoberto, no registro fossilífero, muitas partes moles preservadas, como vísceras, pele, músculos e vasos sangüíneos, que tem contribuído para um melhor conhecimento da anatomia e fisiologia dos organismos fósseis (CASSAB, 2004).

As partes duras, devido à sua natureza, têm mais chances de se fossilizarem. Sua composição pode ser de sílica (SiO₂), bastante resistente às intempéries, como as espículas de algumas esponjas; de carbonato de cálcio (CaCO₃) sob a forma de calcita ou aragonita, das quais são constituídas as placas esqueléticas de equinodermas e conchas de moluscos; de quitina, um polissacarídeo complexo, menos durável do que a maioria dos esqueletos minerais e que compõe o exoesqueleto dos insetos. Mesmo nas rochas mais antigas, são encontradas muitas partes duras que se conservaram sem alterações na sua composição química original. Algumas conchas de moluscos ainda apresentavam traços de sua cor original e com o nacarado perfeito. Devido ao alto grau de intemperismo que atua nas rochas, essas ocorrências no Brasil são raras, mas foram encontradas conchas de gastrópodes cretáceos da bacia do Sergipe que apresentam a coloração original (CASSAB, 2004). Podem ser preservados através de vários processos, tais como:

• CARBONIZAÇÃO OU INCARBONIZAÇÃO: é um processo onde ocorre a perda gradual dos elementos voláteis da matéria orgânica ( oxigênio, nitrogênio e hidrogênio), onde estes são liberados, ficando apenas uma pelicula de carbono. Esse tipo de fossilização ocorre com maior freqüência nas estruturas constituídas por lignina, celulose, quitina e queratina. Apesar das alterações ocorridas na composição química original, muitas vezes a microestrutura fica preservada, permitindo o estudo da anatomia dos vegetais fosseis.
• INCRUSTAÇÃO: as substancias transportadas pela água cristalizaram-se na superfície da estrutura, revestindo-a por completo, preservando asssim a parte dura. Esse é o processo de fossilização que ocorre geralmente com organismos mortos em ou transportados para cavernas. Os animais morrem, a parte orgânica desaparece e então os ossos são incrustados de carbonato de cálcio. Além da calcita, outras substancias podem participar desse processo, como a pirita e a sílica.
• PERMINERALIZAÇÃO: é um tipo de fossilização bastante freqüente. Ocorre quando um mineral preenche os poros, canículas ou cavidades existentes no organismo. Os ossos e troncos de árvores são bastante porosos e bastante suscetíveis a essa forma de preservação. As substancias minerais, como o carbonato de cálcio e a sílica, que são capazes de serem carreadas pela água, penetram nas cavidades lentamente, permitindo muitas vezes que a estrutura original seja preservada.
• SUBSTITUIÇÃO: é um processo de fossilização que ocorre quando, por exemplo, o carbonato de cálcio que constitui as conchas é substituída por sílica, pirita ou limonita, e até mesmo por um novo carbonato de cálcio. Nesses casos, os fosseis são replicas das conchas primitivas. Quando esse processo é muito lento, detalhes das estruturas dos tecidos podem ficar preservados.
• RECRISTALIZAÇÃO: ocorre quando há modificações na estrutura cristalina do mineral original, e a composição química permanece a mesma. Um exemplo é a conversão da aragonita das conchas de moluscos em calcita; a mudança no arranjo cristalino da calcita, de micro para macrocristalina; da opala, amorfa, para calcedônia, criptocristalina. Sempre que ocorre recristalização, há a destruição das microestruturas (CASSAB, 2004).

A presença de partes moles é um evento extraordinário. Após a morte, esses organismos entram rapidamente em processo de decomposição, e dependendo do ambiente, raramente se conservam. Plantas e animais de florestas tropicais, por exemplo, decompõe-se com tanta rapidez, devido à grande quantidade de água e oxigênio disponível no ambiente, que somente em condições muito especiais, como um soterramento rápido, esses organismos podem se fossilizar. Águas ricas em cálcio neutralizam os ácidos dentro dos sedimentos, permitindo que partes moles, como pele, músculos e órgãos internos de vertebrados permaneçam intactos. Alguns exemplos de preservação de partes moles são:
- as ocorrências de nódulos de âmbar contendo insetos, aracnídeos, rãs e outros organismos. O âmbar é uma resina fóssil, proveniente de varias espécies de gimnospermas e angiospermas, encontradas em grande quantidade nos terrenos terciários na costa sul do Báltico e na Republica Dominicana (FILIPE & MARTINS-NETO, 2008);
- as condições glaciais na Sibéria e no Alasca possibilitaram a preservação de mamutes lanosos e rinocerontes. Esses animais permaneceram congelados desde a última glaciação do Pleistoceno (45 000 anos) e muitos deles ainda apresentam a pele e os músculos em perfeito estado. Seus conteúdos estomacais estavam intactos e com isso foi possível conhecer os vegetais de que eles se alimentam;
- fósseis de preguiças com as partes moles preservadas por dessecação foram encontrados em terrenos pleistocênicos da Patagônia. Este tipo de fossilização ocorre em locais de clima seco e árido onde, após a morte, o animal desidrata rapidamente, ficando protegido do ataque de bactérias. Esse processo de fossilização por desidratação é denominada por alguns autores de mumificação. Outros empregam também essa denominação para os organismos que se preservaram inteiramente, como os mamutes congelados e os insetos conservados em âmbar;
- mamutes lanosos e rinocerontes pleistocênicos conservaram-se em ozocerite, uma parafina natural ou cera fóssil, na região da Galícia, na Espanha;
- vários mamíferos pleistocênicos extintos foram encontrados em lagoas asfálticas nos Estados Unidos e na Polônia. A turfa e o alcatrão, com suas propriedades anti-sépticas impediram o processo de decomposição, possibilitando a fossilização (CASSAB, 2004).
A preservação de partes moles está mais freqüentemente associada à mineralização dos carbonatos, e em menor escala a de sulfetos e fosfatos. Um exemplo é o calcário litográfico do Jurássico da Alemanha, onde o fóssil Archaeopteryx foi encontrado. Outro exemplo de partes moles fosfatizadas é o de lulas do Jurássico da Inglaterra, trilobitas com apêndices completos encontrados no Cambriano da Suécia e cefalópodes do devoniano da Alemanha, que tiveram partes moles inteiramente piritizadas. Entre os melhores casos de fossilização de tecidos está o Folhelho Burgess, Columbia Britânica (Canadá), onde vários organismos marinhos como algas, esponjas, animais vermiformes e artrópodes ficaram preservados. Outro bom exemplo são organismos da Fauna de Ediacara (Colinas Ediacara, sul da Austrália): esses organismos eram desprovidos de carapaça ou elementos mineralizados, mas eram suficientemente rígidos para deixarem moldes e contramoldes bem preservados em siltitos e arenitos finos. No Brasil, os fósseis da Formação Santana, Cretáceo da bacia do Araripe, apresentam uma numerosa e diversificada fauna de vertebrados, com dominância de peixes, além de vegetais, insetos e outros grupos encontrados em nódulos calcários (CASSAB, 2004).

2. Vestígios: são evidências da existência dos organismos ou de suas atividades. Os animais e vegetais que deram origem aos fósseis não se preservaram. Como exemplo tem-se o soterramento de uma concha. Durante esse soterramento, suas cavidades internas são preenchidas pelos sedimentos circundantes. Com o decorrer do tempo, eles são dissolvidos pelas águas percolantes, restando somente o espaço que era ocupado anteriormente pela concha. Ficaram formadas duas impressões, o molde externo, que é a moldagem da superfície externa e o molde interno, que revela a morfologia ou estrutura interna do organismo ou parte dele. Se o espaço formado for posteriormente preenchido por outro mineral, formou-se uma réplica do original, denominado contramolde (CASSAB, 2004).

Asas de insetos, folhas de vegetais e outros similares compostos de quitina ou celulose, podem ficar impressos nas rochas. São considerados como positivas quando estão em alto-relevo e negativas, em baixo-relevo. Vestígios de atividades vitais são freqüentes no registro sedimentar e sua presença nos sedimentos contribui para inferências paleoambientais. Esses fósseis são denominados icnofósseis, e os mais freqüentes são as pistas, tubos ou sulcos produzidos por invertebrados, resultantes de deslocamento no substrato, e as pegadas deixadas por vertebrados nos sedimentos inconsolidados. Há também testemunhos de outras atividades biológicas, como nutrição e reprodução. É difícil reconhecer os autores destas marcas, pois em geral eles não se fossilizam (CASSAB, 2004).
Com relação às atividades de nutrição, os mais encontrados são excrementos fossilizados, denominados de coprólitos. Podem ser produzidos por vertebrados ou invertebrados. Seixos, denominados de gastrólitos, são interpretados como as pedrinhas que as aves e alguns répteis têm no aparelho digestivo para auxiliar a digestão. Ovos fossilizados, principalmente de répteis, também têm sido encontrados com freqüência. Há ainda outros vestígios menos comuns, mas bastante interessantes, como as marcas de dentada de répteis em conchas de cefalópodes e de mamíferos sobre ossos; sulcos feitos nas rochas pelos bicos de aves; ninhos fossilizados; regurgitos de aves de rapina contendo dentes e ossos de micromamíferos (CASSAB, 2004).
Vestígios também foram verificados em Ediacara. Pela primeira vez surgiram marcas nos sedimentos, seguramente feitas por animais diferentes dos preservados como elementos da Fauna de Ediacara. Quase todos esses icnofósseis são traços horizontais e pouquíssimos penetram mais do que superficialmente nos sedimentos (CASSAB, 2004).

CLASSIFICAÇÃO DOS FÓSSEIS

Fósseis – restos ou vestígios de organismos com mais de 1.000.000 de anos;
Subfóseis – restos ou vestígios de organismos com menos de 1.000.000 de anos;
Dubiofósseis – estruturas que podem ser de origem orgânica, mas cuja natureza ainda não foi comprovada;
Pseudofósseis – estruturas comprovadamente inorgânicas, que se assemelham a organismos (CASSAB, 2004).
Icnofóssil – é o resultado da atividade de um organismo, que pode vir a ser preservado em um sedimento, rocha ou corpo fóssil (CARVALHO & FERNANDES, 2004);
Estromatólito – estruturas biossedimentadas formadas através de atividades microbianas (cianobactérias, algas, fungos) nos ambientes aquáticos. São produtos de atividade biológica de microorganismos, sendo mais próximos aos icnofósseis do que aos fósseis verdadeiros (SRIVASTAVA, 2004);
Âmbar – substancias resinosas produzidas pro angiospermas e gimnospermas, que em contato com o ar sofrem polimerização e endurecem. São produzidas como uma forma de proteção à ação de fungos, bactérias, insetos e outros organismos que possam causar danos em seus tecidos. A produção de substâncias resinosas pelos vegetais remonta ao Paleozóico, tendo sido detectado em gimnospermas do Carbonífero (FILIPE & MARTINS-NETO, 2008);
Fósseis Químicos – designa compostos químicos da geosfera, cuja estrutura básica sugere uma ligação com conhecidos produtos naturais da biosfera. Utiliza-se também o termo "biomarcadores" para designar os fósseis químicos. Os mais estudados são os hidrocarbonetos e, entre eles, os alcanos, hidrocarbonetos aromáticos e seus produtos não-saturados (RODRIGUES, 2004);
Microfósseis – restos fossilizados de organismos invisíveis a olho nu. Encontram-se nesse grupo alguns protistas (nanofósseis calcários foraminíferos, radiolários, diatomáceas, e dinoflagelados), artrópodes (ostracodes e conchostráceos), esporos e grãos de pólen (VILELA, 2004);
Palinomorfos – organismos fósseis encontrados nos resíduos insolúveis, resultantes de tratamentos físicos e químicos às rochas sedimentares, tais como os pólens, esporos, acritarcos e quitinozoários. Alguns autores englobam ainda algas, dinoflagelados e foraminíferos plactônicos (BARTH, 2004).
Todas as informações contidas nesta obra são de responsabilidade do autor.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
BARTH, O.M.. 2004. Palinologia.In: Carvalho, I.S.. (ed). Paleontologia. Vol 1. Rio de Janeiro: Interciência – cap 24, p. 369-379.

CARVALHO, I.S.; FERNANDES, A.C.S.. 2004. Icnofósseis.In: Carvalho, I.S.. (ed). Paleontologia. Vol 1. Rio de Janeiro: Interciência – cap 10, p. 143-169.

CASSAB, R.C.T.. 2004. Objetivos e Princípios. In: Carvalho, I.S.. (ed). Paleontologia. Vol 1. Rio de Janeiro: Interciência – cap 1, p. 3-11.

FILIPE, C.H.O.; MARTINS-NETO, R.G.. 2008. O âmbar como instrumento para inferências paleoecológicas. Disponível em: . Acessado em 11 Jul. 2008.

LIMA, M.R.. 1989. Fósseis do Brasil. Editora da Universidade de São Paulo. São Paulo.

MARTINS-NETO, R. G; GALLEGO, O. F.. 2006. "Death Behaviour" (Thanatoethology new term and concept): A Taphonomic Analysis providing possible paleoethologic inferences – special cases from Arthropods of the Santana Formation (Lower Cretaceous, Northeast Brazil). Geociências, v. 25, n. 2, p. 241-254.

RODRIGUES, R.. 2004. Fósseis Químicos.In: Carvalho, I.S.. (ed). Paleontologia. Vol 1. Rio de Janeiro: Interciência – cap 13, p. 207-219.

SIMÕES, M.G.; HOLZ, M.. 2004. Tafonomia: Processos e Ambientes de Fossilização. In: Carvalho, I.S.. (ed). Paleontologia. Vol 1. Rio de Janeiro: Interciência – cap 3, p. 19-45.

SRIVASTAVA, N.K..2004. Estromatólitos. In: Carvalho, I.S.. (ed). Paleontologia. Vol 1. Rio de Janeiro: Interciência – cap 11, p. 171-195.

VILELA, C.G.. 2004. Foraminíferos. In: Carvalho, I.S.. (ed). Paleontologia. Vol 1. Rio de Janeiro: Interciência – cap 17, p. 269-283.

Autor: Marcus Vinicius Cabral

Terra sacudida

Tremores recorrentes ajudaram a moldar o relevo nordestino

Maria Guimarães

 

© João alexandrino

Falésias no Rio Grande do Norte

O Nordeste brasileiro é terra de agitos, não só por causa do Carnaval e outras festividades. De acordo com pesquisadores do Rio Grande do Norte e de São Paulo, os terremotos que de vez em quando sacodem a região estão longe de ser novidade: já aconteciam muito antes de existir gente no planeta, e ocorrem até hoje. O geólogo Francisco Hilario Bezerra, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), recorre à cultura popular para ressaltar a concepção errada que impera sobre os movimentos do solo brasileiro: “Vai, vai, vai, suba aqui na minha moto/ Vem, vem, vem, aqui não tem terremoto”, diz a música Insolação do coração, de Carlinhos Brown, interpretada por Claudia Leitte. Segundo o pesquisador, não é nada disso. No Brasil, sobretudo em sua região natal, tem muito terremoto.
“O Nordeste é o lugar do Brasil onde mais acontecem terremotos”, diz Bezerra, “não se sabe bem por quê”. Os resultados do grupo da UFRN deixam claro que terremotos têm sido comuns na região nos últimos 400 mil anos. Além de explicar o relevo nordestino, esse conhecimento pode também ter utilidade prática direta, como orientar a engenharia civil. “Se determinamos que uma zona é caracterizada, há milhares de anos, por terremotos de magnitude 5, por exemplo, é preciso que as construções resistam a esses tremores”, explica o geólogo.
A caracterização tectônica da região faz parte de um projeto mais amplo coordenado pelo geólogo Reinhardt Fuck, da Universidade de Brasília, no âmbito do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Estudos Tectônicos. Parte do trabalho foi feita por Francisco Cézar Nogueira durante o doutorado sob orientação de Bezerra. Ele estudou uma falha tectônica com comprimento de 35 quilômetros por onde corre o rio Jundiaí, que corta a cidade de Natal, e viu que, mais ou menos a cada 16 mil anos, os movimentos dessa ruptura no terreno causam tremores, segundo artigo publicado este ano no Journal of Geodynamics.
A principal fonte de informações para Nogueira foi a areia que preenche as rachaduras profundas do solo. Como matéria-prima para análises geológicas, a areia pode ser desafiante. As zonas arenosas em climas áridos são pouco propensas à preservação de fósseis e por isso são difíceis de datar pela técnica mais comum, de carbono-14. A dificuldade foi resolvida por uma associação com o laboratório de Sonia Tatumi, da Faculdade de Tecnologia de São Paulo (Fatec-SP), especialista em análises de luminescência opticamente estimulada. A técnica mede a posição dos elétrons dentro dos grãos de quartzo da areia para avaliar sua idade. A luz solar atrai esses elétrons para a camada mais externa, mas eles voltam para o interior do grão quando a camada de areia é enterrada. Com esse método é possível estimar há quanto tempo o grão está no subsolo, dentro de um máximo de 1 milhão de anos. Ao pressupor que a areia infiltrada na falha Jundiaí foi soterrada em consequência da rachadura, as datações permitiram estimar que ela se formou cerca de 100 mil anos atrás. E esteve ativa desde então, o que não se podia saber observando os registros históricos. Durante os 200 anos em que há histórico sobre a atividade sísmica ­no Nordeste, não foram registrados tre­mores fortes na falha Jundiaí, o que poderia levar a crer – incorretamente – que ela não está ativa.
Solo movediço – Estudar falhas não é a única forma de investigar a sismologia de uma região. Mesmo sem ter acesso direto à falha que causa tremores em determinada área, o grupo da UFRN usa também outras alterações no solo para inferir movimentos passados. Um desses fenômenos é a liquefação, que acontece quando uma mistura de água e areia presa no subsolo é submetida a grande pressão, como a gerada por um terremoto. Bezerra ajuda a compreender fazendo uma analogia com a pressão que se cria quando uma garrafa de champanhe é sacudida. “A rolha, que no caso do solo pode ser uma rocha, impede a mistura de se expandir e a pressão aumenta até que estoura”, explica. No caso do champanhe é festivo, desde que a rolha não atinja alguém; mas quando grãos de quartzo se agitam com um terremoto e são ejetados, junto com a água, depois que a rocha se rompe, o resultado é destruição e, hoje, prédios demolidos.

As marcas desse tremor depois se solidificam e ficam registradas: é o que Elissandra Moura-Lima tem estudado durante seu trabalho de doutorado. As testemunhas providenciais aí são seixos por cima da areia. Mais uma vez, Bezerra recorre a uma imagem para deixar clara a instabilidade dessa disposição: “Imagine uma gelatina, dessas que a gente come, com um ferro de passar em cima”. Basta um tremor para acabar com o equilíbrio e fazer o ferro afundar. E provavelmente fará isso de lado, descendo pela gelatina na posição que oferece menos resistência. É o que acontece com os seixos: quando são flagrados debaixo da superfície em posição vertical, os pesquisadores podem inferir o trajeto que percorreram. E, mais uma vez com ajuda da luminescência, estimar quando aconteceram esses movimentos.

Elissandra usou também uma espécie de tomografia dos sedimentos conhecida como GPR, sigla em inglês para radar que penetra o solo (ground penetrating radar). Isso lhe permitiu caracterizar, no vale do rio Açu, parte da bacia Potiguar, as estruturas em domo formadas quando os seixos penetram solo adentro e empurram a areia para cima. Mapear essas deformações do solo no contexto da rede de falhas que percorre a região permite estimar o momento e a magnitude de tremores que ocorreram há milhares de anos. Um tremor de magnitude 5 ou 6, por exemplo, causa alterações num raio de dois quilômetros. No vale do rio Açu, o grupo mostrou que terremotos já eram recorrentes há 400 mil anos. As falhas que correm por baixo desse vale são, por isso, fortes candidatas a responsáveis por boa parte da atividade sísmica do passado na bacia Potiguar.

© Elissandra moura-lima / ufrn
Seixos formando estrutura em domo

Mais que paisagem – Uma vantagem de ser geólogo especializado nessa região é poder trabalhar num cenário mais atraente do que pedreiras ou zonas desérticas. As falésias que caracterizam boa parte da costa nordestina são, além de deslumbrantes, uma fonte rica de informações. Naquelas paredes com até 30 metros de altura que se erguem junto ao mar coloridas com tons de vermelho, amarelo, roxo e branco está exposto um histórico sísmico e geológico que remonta a dezenas de milhares de anos. Basta a um especialista olhar para essas falésias para perceber as linhas horizontais que delimitam sedimentos com idades diferentes e reconhecer características que revelam a influência de atividades sísmicas em sua formação.

É nessa paisagem que se dá parte do trabalho de Dilce Rossetti, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), que também analisa faces rochosas onde for possível, como as cortadas pela abertura de estradas. “A costa nordestina é ideal para esse tipo de estudo”, explica a pesquisadora, “pela abundância de falésias que se estendem por muitos quilômetros”. Isso lhe permite comparar as deformações no terreno causadas pela liquefação em contextos diversos, como perto de uma falha e longe dela, além de ter acesso, num único ponto de uma praia paradisíaca, a uma história com dezenas de milhares de anos. Em artigo que será publicado em janeiro de 2011, junto com o de Elissandra, numa edição especial sobre paleoterremotos da Sedimentary Geology, Dilce usa essas deformações para mostrar como a ponta da Paraíba, último ponto do continente americano a se desligar da África, não é passiva como se pensava. A atividade sísmica ali é disseminada.
Para datar esses eventos ela tem usado carbono-14, quando há matéria orgânica, e luminescência, cujos resultados estão em fase final de preparação para publicação. Ela viu que por cima da formação geológica conhecida como Barreiras, formada há cerca de 20 milhões de anos, há várias camadas com sinais de perturbação sísmica. Chegou a encontrar rochas com idade de 178 mil anos numa falésia paraibana, mas o mais comum é ter registros dos últimos 67 mil anos. “Nessa época já havia sismicidade em vários locais da Paraí­ba, e em outros estados do Nordeste também”, afirma. Segundo Dilce, esses movimentos de terra foram responsáveis por modelar parte do relevo da região, como as falésias e a localização dos leitos de alguns rios.
Não é possível extrapolar os resultados obtidos no Nordeste para outras regiões do Brasil. “Cada falha tem um comportamento específico”, explica Bezerra. Por isso as falhas paulistas de Taubaté e de Santos, por exemplo, podem ter uma periodicidade e um modo de ação distintos que ainda precisam ser estudados. Para ele, a grande importância desses trabalhos, em conjunto, é mostrar que olhar os fenômenos atuais da natureza não é suficiente para entender o que acontece hoje. “O conhecimento histórico e instrumental não basta, é preciso examinar as camadas do passado distante.”

> Artigos científicos
1. NOGUEIRA, F. C. et al. Quaternary fault kinematics and chronology in intraplate northeastern Brazil. Journal of Geodynamics. v. 49, n. 2, p. 79-91. mar. 2010.

2. MOURA-LIMA, E. N. et al. 3-D geometry and luminescence chronology of Quaternary soft-sediment deformation structures in gravels, northeastern Brazil. Sedimentary Geology. no prelo.

3. ROSSETTI, D. F. et al. Sediment deformation in Miocene and post-Miocene strata, Northeastern Brazil: Evidence for paleoseismicity in a passive margin. Sedimentary Geology. no prelo.

 

Para conhecer o mar

Há 60 anos era realizada a primeira expedição oceanográfica brasileira, com Wladimir Besnard

Neldson Marcolin

Edição Impressa 178 - Dezembro 2010

© acervo Instituto Oceanográfico da USP
Besnard rumo à ilha da Trindade, em 1950

Uma ilha rochosa, de origem vulcânica e nove quilômetros quadrados de área foi o destino final de dois navios em maio de 1950, com 50 pessoas a bordo, 30 delas pesquisadores. Todos participavam da primeira expedição oceanográfica brasileira, organizada pelo governo federal, que visitou a ilha da Trindade, o ponto mais a leste do território brasileiro, a 1.180 km de Vitória, no litoral do Espírito Santo. A meta era realizar estudos para a construção de uma base aeronaval e começar a conhecer melhor a região menos pesquisada do Brasil: o mar, que banha seus 8,5 mil quilômetros de costa. Na expedição, Wladimir Besnard encarregou-se das pesquisas oceanográficas, juntamente com João Capistrano Raja Gabaglia.
Para Besnard (1890-1960), russo de São Petersburgo que adotou a cidadania francesa, aquilo não era novidade. Ele se graduou em ciências naturais e se especializou em anatomia comparada e biologia geral pelo Instituto de Anatomia Comparada de Moscou. No período em que trabalhou na França, entre 1920 e 1945, optou pelos estudos oceanográficos, quando fez pesquisas no mar de Mármara e em outras regiões de pesca intensa da Turquia. Trabalhou no Museu de História Natural de Paris e criou aquários na Dinamarca e Índia. Realizou numerosas viagens de estudo pelo mundo, quase sempre ligadas à oceanografia e à pesca.

Besnard foi indicado pelo antropólogo Paul Rivet e pelo biólogo marinho Louis Fage, ambos franceses, para dirigir o recém-criado Instituto Paulista de Oceanografia em 1946. “Ele deve ter avaliado a grande contribuição que poderia dar em um país com uma costa tão grande quanto a nossa e com pouca tradição na indústria do pescado, já que também era um especialista no processamento industrial de peixe”, acredita Elisabete Braga Saraiva, pesquisadora do Instituto Oceanográfico (IO) da Universidade de São Paulo (USP) e diretora do Museu de Ciências da USP. “Ele foi o responsável pela introdução e desenvolvimento da oceanografia no país durante os 13 anos que viveu aqui.”

Também fotógrafo e inventor, Besnard instalou as bases de pesquisas em Cananeia e Ubatuba e escreveu textos de divulgação científica. Em 1950 criou o Boletim do Instituto Paulista de Oceanografia, transformado em boletim do IO, em seguida na Revista Brasileira de Oceanografia (1996) e, por fim, em Brazilian Journal of Oceanography (2004). Quando o instituto foi absorvido pela USP, em 1951, ele continuou como seu diretor.
Os 120 anos de nascimento de Besnard, os 60 anos da primeira expedição e da criação da revista e os 50 anos da atuação da Comissão Oceanográfica Intergovernamental (COI-Unesco), todos comemorados em 2010, motivaram a realização de vários eventos. Elisabete é a curadora de uma exposição sobre Besnard, uma das quatro mostras com fotografias históricas que podem ser visitadas no IO até dezembro – as outras três são a da COI, do programa antártico brasileiro (realizada pela Comissão Interministerial para os Recursos do Mar) e a da Antártica, do Museu Oceanográfico do IO. O diretor do instituto, Michel Michaelovich de Mahiques, lançou o livro Prof. Wladimir Besnard (IO-USP).

Em novembro houve, ainda, um fórum de discussão sobre o mar e a relação entre os pesquisadores, organizações não governamentais, população costeira e governo. “A ideia foi abrir um canal maior de comunicação entre a comunidade científica oceanográfica e quem usa as informações fornecidas por ela”, diz Alexander Turra, docente do IO. “Queremos também estar mais articulados para participar das decisões nacionais e internacionais que envolvam oceanografia e meio ambiente.”

Equações da vida

A mesma estrutura de códigos une sequências de DNA e comunicação digital

Marcos de Oliveira

Edição Impressa 178 - Dezembro 2010

“A teoria da informação é uma ferramenta adequada para o intercâmbio com a biologia molecular, diz Gérard Battail“

Explicar os fenômenos da natureza com equações matemáticas é uma tarefa rotineira e incorporada aos estudos da física, da química e da própria matemática. A biologia tem uma tradição menor nesse sentido. Essa relação é perseguida por vários grupos de estudo na Europa e nos Estados Unidos que buscam uma vinculação dos genomas de seres vivos com estruturas matemáticas para tentar compreender melhor a formação da vida no planeta. Mas a primazia de encontrar tal vínculo coube a um grupo de pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade de São Paulo (USP) que encontraram uma relação matemática entre um código numérico e a sequência do DNA, a sigla em inglês do ácido desoxirribonucleico que carrega os genes dentro das células. Outros pesquisadores já haviam sugerido essa relação, mas não conseguiram provar. Os brasileiros descobriram que as bases nitrogenadas timina (T), guanina (G), citosina (C) e adenina (A) se organizam segundo uma lógica numérica. “A distribuição dessas bases possui um código matemático que prevaleceu ao longo da evolução dos seres vivos”, diz o professor Márcio de Castro Silva Filho, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, da USP. “Descobrimos que uma proteína ao perder a função biológica devido a uma mutação, por exemplo, deixa de ser representada por uma estrutura matemática”, diz Silva Filho, um dos coordenadores do grupo.

Os pesquisadores não desenvol­veram um código novo para explicar a sequên­cia do DNA. Eles verificaram que existe uma relação entre certas sequências de DNA com o código corretor de erros (ECC, sigla de error-correcting code), que são equações matemáticas utilizadas em todo processo digital, usado em sistemas de comunicação e de telecomunicações, em memórias de computador e memórias flash de pen-drives para corrigir ruídos ou defeitos que surjam nas transmissões. O código também é conhecido pelas letras BCH, que são as iniciais de seus descobridores – os indianos Raj Chandra Bose e Dwijendra Kumar Ray-Chaudhuri e o francês Alexis Hocquenghem –, e não apenas identifica o erro mas também faz a correção. A atribuição da associação de códigos de correção de erros com sequências de DNA não é nova.
É objeto de pesquisa desde a década de 1980 e um dos principais estudiosos é o professor Hubert Yockey, que trabalhou na Universidade da Califórnia em Berkeley, nos Estados Unidos, e publicou dois livros: Information theo­ry and molecular biology, em 1992, e Information theory, evolution, and the origin of life, em 2005, ambos editados pela Cambrigde University Press. Outro pesquisador da área é Gérard Battail, professor aposentado da Escola Nacional Superior de Telecomunicações, da França, que tem escrito artigos propondo a relação entre código corretor de erros e o genoma. Eles têm demonstrado o processo e levantado hipóteses, mas não apresentaram as relações matemáticas com o DNA. Os brasileiros conseguiram estabelecer essa relação nas sequên­cias do ácido ribonucleico mensageiro (RNAm) que geram as proteínas.
“Ao conhecermos a estrutura matemática da proteína é possível alterar a ordem das bases e também corrigir as mutações ou erros que possam acontecer para voltar à condição normal de uma proteína”, diz o professor.
Problema molecular – A capacidade de corrigir uma mutação ou um erro celular poderia, por exemplo, no futuro utilizar uma solução matemática para atuar sobre a falta de produção de insulina pelas células do pâncreas, corrigindo erros em um gene específico. “Seria possível identificar a estrutura matemática das mutações e onde elas ocorreram e talvez corrigir esse problema molecular para o organismo voltar a produzir insulina, revertendo as estruturas anteriores. Outra possibilidade seria fabricar proteínas a partir do código matemático ou ainda encontrar proteínas não conhecidas existentes nas células”, diz o professor Reginaldo Palaz­zo Júnior, da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (Feec) da Unicamp, outro coordenador do grupo. “A correção ou a forma de reverter o erro nas células acontece da mesma forma que num disco rígido (HD), que tem um setor danificado e o ECC reconstitui as informações.”

Com tantas possibilidades de uso na indústria, além do significado científico importante da descoberta, os pesquisadores resolveram, antes de publicar a novidade em periódicos científicos, depositar uma patente internacional pelo Tratado de Cooperação em Patentes (PCT, na sigla em inglês), em vários países, e outra nos Estados Unidos, com financiamento da FAPESP e gerenciamento da Agência de Inovação da Unicamp e da Agência USP de Inovação. Laboratórios do mundo poderão usar, se licenciarem a patente, as estruturas matemáticas descobertas pelo grupo, possivelmente na forma de um software, para testar proteínas em um amplo leque de produtos. “Essas informações são importantes para desenvolver vacinas, medicamentos ou proteínas para elaboração de queijos e amaciantes de roupa, por exemplo”, diz o professor Silva Filho. Hoje se faz uma alteração na sequência de DNA que codifica uma proteína e depois são feitos os testes em laboratório para verificar a eficácia da reação num experimento de tentativa e erro.

Com as equações matemáticas será possível testar a afinidade e a estabilidade da proteína em um trabalho preliminar de forma a verificar mutações e, posteriormente, testá-las a partir de experimentos de laboratório para confirmar se a mutação na sequência de DNA deu o resultado esperado. “Se a estrutura matemática não se mantiver, a alteração não vai ser efetivada e não produzirá os resultados esperados.”

A descoberta da existência de um código matemático que transcreve a sequên­cia de DNA aconteceu quase por acaso e começou com o professor Palaz­zo, que lançou um desafiante objetivo a duas alunas de doutorado, Luzinete Cristina Bonani Faria e Andrea Santos Leite da Rocha, orientadas por ele na Feec e oriundas da graduação da Pontifícia Universidade Católica de Campinas (Puccamp), com mestrado na Unicamp. Elas deveriam procurar as informações que transitam dentro de uma célula. “Dentro da mitocôndria, um órgão responsável pela respiração celular, existem moléculas de DNA para sintetizar certas substâncias, mas ela não tem todas as proteínas e precisa solicitar proteínas extras produzidas por genes localizados no núcleo de modo a realizar as funções na organela. Nesse caso, para os matemáticos, a proteína é informação e existe um código padrão para transmiti-la”, explica o professor Palazzo. O modelo apresentado pelos pesquisadores brasileiros se ajusta a qualquer sequência de DNA produtora de proteínas dentro da célula.
Palazzo é um especialista na chamada teoria matemática da comunicação, área de estudo que pesquisa a transmissão de todo tipo de informação e seus códigos. Também chamada de teoria dos códigos, ela analisa as formas de transmissão independentemente do significado. Assim não importa a palavra que está sendo transmitida, mas como ela é enviada de um emissor A para um receptor B, dentro de um contexto matemático.“Essa teoria foi apresentada por Claude Shannon [matemático e engenheiro eletrônico norte-americano] em 1948”, lembra Palazzo.
Para o estudo de Andrea e Luzinete, Palazzo sugeriu que elas procurassem os professores da Unicamp, da área da Faculdade de Ciências Médicas (FCM), inicialmente, para encontrar componentes biológicos e se aprofundar no tema. Depois de muita procura, elas ouviram a sugestão do professor Anibal Vercesi, da FCM, para procurarem o professor Márcio de Castro Silva Filho na Esalq. “Fomos conversar com ele e estabelecemos um casamento de interesses”, diz Palazzo. “Começamos um diálogo tendo de um lado matemáticos e um engenheiro elétrico e eu, um geneticista especializado em transporte de proteínas”, lembra Silva Filho. A primeira amostra de DNA investigada pelas pesquisadoras da Unicamp foi da Arabidopsis thaliana, planta da família da mostarda, que serve de modelo para estudos genômicos. A partir daí, elas ficaram trabalhando durante seis meses. “Começaram a testar vários elementos matemáticos para tentar achar alguma sistematização em relação ao genoma”, explica Palazzo, que contou também com a colaboração no estudo do engenheiro da computação João Henrique Kleinschmidt, ex-aluno de doutorado e atual professor da Universidade Federal do ABC, em Santo André, na Região Metropolitana de São Paulo. “Um dia elas me chamaram na Unicamp e me mostraram os resultados. Quando percebi o que era fiquei sem fala. Pensei que fosse uma coincidência e passamos a repetir o trabalho usando outros genomas, do homem, de bactérias, fungos e plantas. Descobrimos que é um processo universal”, conta Silva Filho.

Entender a linguagem – No final de 2009, eles submeteram um artigo às revistas Nature e Science, mas as duas recusaram dizendo que era algo muito específico. “Acredito que eles não entenderam a linguagem matemática do paper”, diz Silva Filho. “Isso faz parte da dificuldade da conversa entre biólogos, engenheiros, médicos etc.”, diz Palazzo. Aí eles resolveram enviar para a revista Electronics Letters, que em três semanas aceitou o trabalho e o elegeu o melhor artigo de fevereiro deste ano, colocando-o na capa do mesmo mês. Eles começaram a mostrar o estudo em congressos internacionais de teoria da informação e devem apresentar novos resultados com informações mais detalhadas e com outras ferramentas matemáticas. No artigo da Electronics Letters, “DNA sequences generated by BCH codes over GF(4)”, ou “Sequências de DNA geradas pelo código BCH sobre GF(4)”, eles apresentaram uma parte do trabalho utilizando a estrutura matemática chamada de corpo algébrico de Galois, enquanto novos resultados usam a estrutura de anel de Galois. Em uma simplificação, poderíamos dizer que em relação ao corpo o produto de dois números diferentes de zero resulta em um número diferente de zero, enquanto na estrutura de anel o produto pode ser zero. Para os matemáticos isso faz muita diferença na apresentação dos resultados. Até agora eles apresentaram apenas os resultados em corpo.
O feito dos pesquisadores brasileiros apresenta uma solução importante e uma novidade para a biologia. Ela inicia uma nova fase em que os fenômenos que estuda passam a ser analisados por métodos quantitativos. “Em 1999, a Academia Real da Suécia indicou que um dos avanços da ciência no novo século seria a incorporação de mais matemática aos estudos da biologia”, lembra Silva Filho. Mas para isso tanto os pesquisadores brasileiros como Battail e Yockey concordam que é preciso um maior diálogo entre biólogos, matemáticos e engenheiros eletrônicos. “Como engenheiro, eu estou convencido de que a teoria da informação é uma ferramenta adequada para intercâmbio com a biologia molecular”, escreveu Battail em uma apresentação do livro de Yockey em 2006. “Ainda estamos distantes de uma interdisciplinaridade que permita a conversa entre áreas para projetos desse tipo. Mas nós já demos um bom passo”, diz o professor Palazzo.

> Artigo científico
Faria, L.C.B.; Rocha, A.S.L.; Kleinschmidt, J.H. ; Palazzo Jr., R.; Silva Filho, M.C. DNA sequences generated by BCH codesover GF(4). Electronics Letters. v. 46, n. 3, p. 202-03. fev. 2010.

Nova técnica pode identificar galáxia satélite da Via Láctea

Análise da ondulação de hidrogênio em galáxias espirais pode ajudar a achar a 'Galáxia X'

13 de janeiro de 2011 | 20h 57

 

estadão.com.br

Um novo método de análise pode localizar galáxias satélites com base nas ondas que elas criam em nuvens de hidrogênio. A astrônoma Sukanya Chakrabarti, da Universidade da Califórnia em Berkeley, nos Estados Unidos, tem grandes esperanças de encontrar a "Galáxia X", uma galáxia anã que orbitaria a Via Láctea.

Sukanya Chakrabarti/UC Berkeley/Divulgação

Perturbação no gás hidrogênio é vista na galáxia M51

A técnica foi apresentada nesta quinta-feira, 13, na Sociedade Astronômica Americana, em Seattle.
Acredita-se que muitas das grandes galáxias, como a Via Láctea, tenham várias galáxias satélites, escuras demais para serem vistas. Elas são dominadas por "matéria escura", que segundo os cientistas compõe 85% de toda a matéria no universo, mas até agora não foi detectada.
Sukanya, bolsista de pós-doutorado, desenvolveu uma maneira de encontrar essas galáxias satélites escuras, por meio da análise da ondulação na distribuição de gás hidrogênio em galáxias espirais. O "Planeta X", um possível décimo planeta do Sistema Solar, foi previsto - erroneamente - há mais de 100 anos com base em perturbações na órbita de Netuno.
No início deste ano, a pesquisadora usou seu método matemático para prever que uma galáxia anã está localizada no lado oposto da Via Láctea, a partir da Terra, e que não foi vista até agora porque é obscurecida pelo gás e poeira presentes em seu disco. Outro astrônomo já havia despendido tempo no Telescópio Espacial Spitzer para procurar, por meio de ondas infravermelhas, essa hipotética Galáxia X.
"Minha esperança é de que esse método possa servir como uma sonda de distribuição de massa e matéria escura em galáxias, da mesma forma que hoje a lente gravitacional se tornou uma sonda de galáxias distantes", disse Sukanya.
Desde sua previsão sobre a Via Láctea, a astrônoma ganhou confiança em seu método após testá-lo com sucesso em duas galáxias com satélites conhecidos e fracos de luminosidade. "Essa abordagem tem amplas implicações para muitos campos da física e da astronomia: para a detecção indireta da matéria escura, de galáxias anãs dominadas por matéria escura, para a dinâmica planetária e para a evolução de galáxias conduzidas por impactos de satélite", explicou.
Leo Blitz, colega de Sukanya e professor de astronomia em Berkeley, disse que o método também poderia ajudar a testar uma alternativa à teoria da matéria escura, que propõe uma alteração na lei da gravidade para explicar a falta de massa nas galáxias.
"A densidade de matéria nos limites das galáxias espirais é difícil de explicar no contexto da gravidade modificada; portanto, se essa análise continuar a funcionar, e encontrarmos outras galáxias escuras em regiões distantes, poderemos descartar a gravidade modificada", afirmou.
A Via Láctea é cercada por cerca de 80 galáxias anãs - também chamadas de galáxias satélites - conhecidas ou suspeitas, apesar de algumas poderem estar apenas de passagem, não capturadas em órbitas ao redor da galáxia. A Grande e a Pequena Nuvem de Magalhães são dois desses satélites, ambas galáxias anãs irregulares.
Os modelos teóricos de rotação das galáxias espirais, porém, acreditam que deve haver muito mais galáxias satélites, talvez milhares, com as menores ainda mais prevalentes que as grandes. Galáxias anãs, no entanto, têm pouca luz, e algumas podem ser invisíveis por causa da matéria escura.
Sukanya e Blitz perceberam que as galáxias anãs criam perturbações na distribuição de hidrogênio atômico frio (HI) dentro do disco de uma galáxia, e que essas ondulações podem revelar não só a massa, mas a distância e a localização do satélite. O gás hidrogênio frio em galáxias espirais é gravitacionalmente confinado ao plano do disco galático e se estende por uma distância muito maior que as estrelas visíveis - às vezes, até 5 vezes o diâmetro da espiral visível. O gás frio pode ser mapeado por radiotelescópios.
"O método é como deduzir o tamanho e a velocidade de um navio olhando para seu rastro", comparou Blitz. "Você vê as ondas de um monte de barcos, mas tem que ser capaz de diferenciar o rastro de um navio de médio ou pequeno porte do de um transatlântico."