Os pterossauros foram os primeiros animais vertebrados a desenvolver vôo motorizado - quase 80 milhões de anos antes dos pássaros.
Durante seu longo reinado, eles desenvolveram algumas das adaptações mais extremas de qualquer animal.
Novos fósseis e modelagem matemática estão finalmente
produzindo respostas para perguntas de longa data sobre como eles
viveram - e por que eles finalmente foram extintos, permitindo que os
pássaros dominassem o reino aéreo.
A era mesozoica, que abrangeu o período de 251 a 66 milhões de anos
atrás, é frequentemente referida como a era dos dinossauros. Mas, embora os dinossauros reinassem supremos em terra na época, eles não dominavam o ar. Em vez disso, os céus eram o domínio de um grupo completamente diferente de animais: os pterossauros.
Os pterossauros foram as primeiras criaturas vertebradas a evoluir voo
motorizado e conquistar o ar - muito antes de os pássaros voarem.
Eles prevaleceram por mais de 160 milhões de anos antes de
desaparecerem junto com os dinossauros não-pássaros no final do período
cretáceo, cerca de 66 milhões de anos atrás. Nesse período, eles desenvolveram algumas das adaptações anatômicas mais extremas de qualquer animal, vivo ou extinto.
O menor desses predadores aéreos era do tamanho de um pardal. O maior tinha uma envergadura que rivalizava com a de um avião de caça F-16. Muitos possuíam cabeças maiores que seus corpos, tornando-os, em essência, mandíbulas voadoras da morte. Os pterossauros patrulhavam todos os oceanos e continentes da Terra. Nenhum animal no Mesozoico estaria a salvo do olhar deles. Ao contrário dos dinossauros, hoje sobrevividos pelos pássaros, os pterossauros não deixaram descendentes vivos. Como resultado, tudo o que os paleontólogos sabem sobre os pterossauros vem do registro fóssil.
E esse registro tem sido frustrantemente fragmentário, deixando-nos
apenas um vislumbre de sua antiga glória e uma série de perguntas sobre
sua anatomia bizarra e seu destino. Os paleontologistas riscam a cabeça sobre esses mistérios há décadas.
Agora, novas descobertas fósseis, combinadas com métodos de modelagem
matemática, nas quais as estruturas anatômicas são simplificadas apenas o
suficiente para que equações de propriedades físicas possam ser
aplicadas para obter melhores estimativas de força, peso, velocidade
etc., finalmente estão gerando insights. E o que os cientistas estão descobrindo é que os pterossauros eram ainda mais extraordinários do que imaginávamos. Advertisement
Leviatãs alados
Um dos mistérios duradouros dos pterossauros é como os maiores membros desse grupo foram transportados pelo ar.
Gigantes como Quetzalcoatlus , descoberto pela primeira vez no Texas, e Hatzegopteryx , da Romênia moderna, tinham a altura de uma girafa e tinham envergadura de asas de mais de dez metros. Esses animais possuíam mandíbulas com o dobro do comprimento daqueles pertencentes ao Tyrannosaurus rex .
A parte superior do braço seria quase tão grande quanto o tronco de um humano adulto de tamanho médio. Eles eram verdadeiros gigantes, atingindo pesos superiores a 200 kg. Para comparação, o maior pássaro que já foi ao ar - o Argentavis , que vive há seis milhões de anos na Argentina - provavelmente pesava menos de 50 quilos.
A discrepância entre os maiores membros de cada um desses grupos é tão
grande, de fato, que vários pesquisadores sugeriram que os maiores
pterossauros não podiam voar (embora isso fosse intrigante devido às
suas muitas adaptações anatômicas para o vôo).
Outros sugeriram que eles poderiam voar, mas apenas sob condições muito
especiais de ar e superfície - se a atmosfera em seus dias fosse mais
densa do que é hoje, por exemplo. Afinal, parece insondável que pássaros de tais tamanhos possam voar.
De fato, estudos recentes sobre escala de poder de vários
pesquisadores, inclusive eu, demonstraram que as aves superdimensionadas
teriam poder insuficiente para se lançar no ar em primeiro lugar. Mas os pterossauros não eram pássaros.
De fato, durante a última década, meus colegas e eu realizamos vários
cálculos de lançamento e poder de vôo de pterossauros, mostrando não
apenas que pterossauros gigantes poderiam lançar e voar, mas também que
provavelmente não precisavam de nenhuma circunstância especial para
fazê-lo.
De acordo com essas conclusões, agora sabemos pelas análises
geoquímicas de rochas sedimentares e análises microanatômicas de fósseis
vegetais que as condições do ar e da superfície no final do Cretáceo - o
auge de enormes pterossauros - não eram notavelmente diferentes do que
vivenciamos hoje. O que era diferente e único era a anatomia dos pterossauros. Há três coisas que um animal precisa para poder voar em tamanhos gigantescos.
O primeiro é um esqueleto com uma proporção muito alta de força e peso,
que se traduz em um esqueleto com grande volume, mas baixa densidade. Pterossauros e pássaros têm esqueletos: muitos de seus ossos são muito ocos. As paredes do osso do braço de Quetzalcoatlus
, por exemplo, tinham cerca de 0,12 polegadas de espessura - comparável
a uma casca de ovo de avestruz -, mas o osso tinha um diâmetro de mais
de 10,5 polegadas no cotovelo. A segunda coisa que um panfleto gigante precisa é de um alto coeficiente de elevação máximo. Este número descreve o quanto as asas produzem para uma determinada velocidade e área da asa.
Com um coeficiente de sustentação alto, um animal pode ser mais pesado
porque suas asas suportam mais peso a uma velocidade mais baixa.
Essa relação, por sua vez, significa que a criatura precisa de menos
velocidade na decolagem, o que faz uma enorme diferença na força
muscular necessária para o lançamento.
Asas de membrana, como as de pterossauros e morcegos, produzem mais
sustentação por unidade de velocidade e área do que as asas de penas dos
pássaros.
Esse levantamento adicional melhora a capacidade de manobra em baixa
velocidade, o que para animais pequenos ajuda a fazer curvas mais
apertadas e para animais grandes facilita a decolagem e o pouso. Advertisement O terceiro e mais importante pré-requisito é o poder de lançamento.
Mesmo com asas grandes e muito eficientes, um grande aviador ainda
precisa produzir muito poder de salto para se transportar pelo ar. Os animais voadores não voam no ar ou usam a gravidade para decolar de um local elevado, como um penhasco.
Asas não produzem muita sustentação em baixas velocidades, e o
lançamento por gravidade significaria tentar decolar acelerando na
direção errada - uma perspectiva perigosa. Em vez disso, um salto poderoso fornece velocidade e altura críticas para iniciar o voo. Maior poder de salto gera melhor poder de lançamento. Os aviadores grandes, portanto, precisam ser bons saltadores. Muitos pássaros conseguem dar saltos impressionantes.
No entanto, eles são limitados por sua herança de dinossauros
terópodes: como seus ancestrais, todos os pássaros são bípedes, o que
significa que eles têm apenas os membros posteriores para pular. Os pterossauros, ao contrário, eram quadrúpedes no chão. Suas asas se dobraram e serviram como membros que caminhavam e, portanto, pulavam.
Numerosos rastros fósseis requintadamente preservados confirmam esse aspecto estranho da anatomia dos pterossauros. Ser quadrúpede muda drasticamente o tamanho máximo de um animal voador.
Os pterossauros podiam usar não apenas os membros posteriores para o
lançamento, mas também os membros anteriores muito maiores, mais do que
duplicando a potência disponível para a decolagem. Eles tinham a combinação perfeita de adaptações para se tornarem gigantes aéreos. Estudos anteriores modelaram lançamentos bípedes para pterossauros gigantes. Por exemplo, em 2004, Sankar Chatterjee, da Texas Tech University, e seu colega descobriram como Quetzalcoatlus poderia se impulsionar no ar usando apenas os membros posteriores.
Mas os pesquisadores determinaram que, para que essa abordagem
funcionasse, o animal não pesava mais do que 50 quilos e teve que correr
ladeira abaixo contra o vento. O lançamento quadrúpede permite um peso corporal mais realista e condições ambientais menos restritivas.
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Cabeça Pesada
Embora o grande mistério do tamanho geral dos pterossauros possa
finalmente ser amplamente resolvido, os tamanhos relativos de suas
partes do corpo continuam a incomodar os pesquisadores. As proporções de pterossauros são absolutamente bizarras. Todos os pterossauros tinham elementos de membros estranhamente proporcionados.
Suas mãos, por exemplo, são provavelmente as mais especializadas em
todo o mundo dos vertebrados, com um imenso quarto dedo que sustentava a
asa.
No entanto, isso não é especialmente surpreendente por si só, porque
essa mão incomum era intrínseca à asa do pterossauro e à capacidade do
animal de voar. O que realmente confunde cientistas e entusiastas não são as asas dos pterossauros, mas as cabeças. Até os pterossauros primitivos tinham nobres decididamente grandes. A cabeça de Rhamphorhynchus , uma espécie representativa de 150 milhões de anos atrás, no período jurássico tardio, tinha quase o comprimento de seu corpo. Então, no tamanho da cabeça do Cretáceo, ficou ainda mais extremo.
Fósseis de espécies como Quetzalcoatlus e Anhanguera do Brasil mostram que os pterossauros aumentaram em média, mas suas cabeças se tornaram proporcionalmente gigantescas.
O crânio de um pterossauro cretáceo bastante típico pode ter duas ou
até três vezes o comprimento do corpo (geralmente considerado como a
distância entre o ombro e o quadril).
Alguns tinham crânios superando quatro vezes o comprimento de seus corpos. As bases desses animais não eram terrivelmente grandes. São principalmente os rostos e mandíbulas que se expandem a um grau escandaloso.
Flanges ósseas sob a mandíbula, cristas imponentes no topo do crânio e
outras elaborações exageraram ainda mais a anatomia do crânio dos
pterossauros. Ao todo, a cabeça quase parecia ser de um animal diferente do corpo. Advertisement
Crédito: Terryl Whitlatch; Fonte: FLYING MONSTERS, DESIGN STUDIO PRESS As esquisitices não terminam aí.
Enquanto na maioria dos animais, incluindo os humanos, os ossos do
pescoço estão entre os menores da coluna vertebral, as vértebras do
pescoço em espécimes de pterossauros são geralmente os maiores.
De fato, as vértebras do pescoço costumam ter o dobro do volume das vértebras no tronco. Uma das mais recentes adições à árvore genealógica dos pterossauros oferece um ótimo exemplo dessa tendência.
David Hone, da Universidade Queen Mary de Londres, François Therrien,
do Royal Tyrrell Museum, em Alberta, Canadá, e em breve revelaremos
fósseis dessa espécie, encontrados em Alberta, em um artigo publicado no
Journal of Vertebrate Paleontology .
Demos a ele um nome que significa "dragão congelado do norte", que é
oficialmente uma referência ao local onde foi encontrado, mas reflete a
inspiração pessoal do dragão de Viserion, de Game of Thrones .
Possui vértebras cervicais que são quase tão longas e duas vezes mais
fortes que seu úmero, o osso da asa ao qual a maioria dos músculos de
vôo se liga e que faz a maior parte do trabalho para manter o animal no
ar.
Em algumas espécies, o pescoço é o triplo do comprimento do tronco, com
o tamanho da cabeça triplicado novamente, de forma que a cabeça e o
pescoço podem representar mais de 75% do comprimento total do
pterossauro. Por que qualquer animal seria tão ridiculamente proporcionado? E como esse plano corporal poderia funcionar para uma criatura voadora?
Os especialistas ainda estão descobrindo por que os pterossauros
acabaram com uma anatomia tão louca, mas uma explicação provável é o que
chamo de hipótese "se fosse fácil, todo mundo faria".
Em resumo, ter um grande conjunto de mandíbulas para comer e um grande
rosto para sinalizar para companheiros e rivais pode ser uma ótima opção
para muitos animais se os custos associados a essas características não
forem normalmente tão proibitivos.
Por exemplo, os mamíferos têm grandes bases de dados, de modo que as
cabeças dos mamíferos ficam muito pesadas à medida que crescem em
dimensões gerais.
Os pterossauros podem ter tropeçado em uma zona de desenvolvimento em
que as proporções da face eram menos acopladas às da parte de trás do
crânio. Isso lhes permitiria desenvolver um conjunto gigantesco de mandíbulas sem ter uma enorme base de dados.
Os pterossauros também tinham aberturas extras em seus crânios, a maior
das quais era uma abertura na frente dos olhos conhecida como fenestra
antorbital.
Os dinossauros também tinham essa abertura, mas os pterossauros foram
além, em alguns casos evoluindo uma abertura tão grande que o esqueleto
do tronco poderia caber dentro dela.
Essa abertura teria sido coberta com pele e outros tecidos da vida e
provavelmente não seria visualmente óbvia, mas deixou o crânio bastante
leve em relação ao seu volume.
Os ossos do crânio também podem ter grandes espaços aéreos dentro
deles, semelhantes aos ossos do crânio cheios de ar de alguns pássaros
vivos. Mesmo com esses recursos de redução de peso, as cabeças dos pterossauros costumavam ser tão colossais que ainda seriam pesadas. Talvez contra-intuitivamente, o fato de estarem voando animais pode ter funcionado a seu favor nesse sentido. O principal problema com a cabeça pesada não é o aumento geral do peso corporal. Pelo contrário, é o efeito desproporcional que o peso do crânio tem no centro de gravidade do animal. Uma cabeça enorme, especialmente se montada em um pescoço enorme, move o centro de gravidade bastante para a frente.
Para um animal ambulante típico, isso cria um sério problema com a
marcha: os membros anteriores precisam se mover para uma posição
desajeitada para a frente para que o animal seja equilibrado. Mas os pterossauros tinham enormes membros anteriores, criados especificamente para o vôo.
As reconstruções de marcha de Kevin Padian, da Universidade da
Califórnia, em Berkeley, mostraram que, quando um pterossauro estava
andando, esses membros anteriores estavam posicionados exatamente para
suportar o peso da cabeça, pescoço e peito.
A maior parte da propulsão durante a caminhada veio das pernas, para
que os pterossauros pudessem segurar o peso de suas pesadas cabeças em
seus braços extrabulosos e empurrar-se com seus membros posteriores de
tamanho muito mais normal.
Imagine usar muletas para andar enquanto minimiza o peso nas duas
pernas - você avançaria as muletas simultaneamente e permitiria que
suportassem todo o seu peso, depois balançaria as pernas para a frente
entre elas, tocaria e repetiria. É assim que a marcha seria para os pterossauros de braços mais longos. (Durante a decolagem, aliás, as pernas teriam empurrado primeiro, seguidas pelos braços, para um perfeito empurrão de dois). Advertisement Esse arranjo não daria a marcha mais eficiente, mas era possível. E de qualquer maneira, os pterossauros viajavam principalmente de avião.
As espécies de pterossauros com asas especialmente longas e estreitas,
como as de algumas aves marinhas modernas, podem ter voado continuamente
por meses ou até anos, tocando apenas para acasalar ou pôr seus ovos. O pterossauro Nyctosaurus
pode ter tido as asas mais eficientes - e, portanto, o vôo subindo mais
longo e contínuo - de qualquer animal vertebrado de todos os tempos.
Crédito: Julia Molnar No ar, o problema do centro de gravidade se torna muito mais fácil de lidar. Para que um animal seja estável no ar, seu centro de sustentação e centro de gravidade deve estar alinhado.
Isso pode parecer uma perspectiva difícil para uma criatura com uma
cabeça superdimensionada e um centro de gravidade correspondente à
frente.
Mas o centro de sustentação de um pterossauro estava próximo à frente
de uma asa, o que significa que o animal precisava apenas inclinar suas
asas moderadamente para a frente a partir da raiz para alinhar o centro
de sustentação com o centro de gravidade, como Colin Palmer, da
Universidade de Bristol, na Inglaterra, e seus colegas foram os
primeiros a apontar.
As asas varridas para a frente podem ser fontes de instabilidade, mas a
flexibilidade das asas dos pterossauros e os rápidos reflexos
cerebelares que todas as criaturas vertebradas possuem poderiam ter
compensado isso. Desafios de estabilidade à parte, as asas varridas para frente podem oferecer alguns benefícios sérios. Uma é que suas dicas tendem a ser a última parte da asa a parar. Durante uma tenda, que normalmente ocorre em baixa velocidade, a asa perde repentinamente grande parte de sua sustentação.
A estolagem da ponta é especialmente catastrófica, porque interrompe
rapidamente o rastro da asa, comprometendo gravemente o impulso e o
controle e aumentando consideravelmente o arrasto.
A capacidade de atrasar essa perda de sustentação torna a aterrissagem e
a decolagem muito mais suaves, o que é importante para os grandes
animais.
Nesse sentido, uma cabeça gigante pode ser realmente vantajosa para um
grande animal voador com asas flexíveis: move o centro de gravidade para
frente, que move a asa para frente, o que torna mais difícil prender a
asa, o que significa que o animal pode voar mais devagar e crescer
maior.
Morte de uma dinastia
Os pterossauros foram os únicos vertebrados com vôo motorizado por cerca de 80 milhões de anos.
Então, cerca de 150 milhões de anos atrás, no período jurássico, um
segundo grupo de animais com espinhas começou a voar: dinossauros
emplumados. Esse grupo incluía criaturas de quatro asas, como Microraptor e Anchiornis , além dos folhetos mais bem-sucedidos do grupo: pássaros. No início do Cretáceo, uma grande variedade de pássaros compartilhava o céu com os pterossauros.
Apesar desse abalo no nicho aéreo, os pterossauros continuaram
dominando entre os folhetos médios e grandes, principalmente em habitats
abertos. As aves eram restritas principalmente a áreas com vegetação, onde seu pequeno tamanho e agilidade eram vantajosos. Os pterossauros foram, assim, capazes de manter a supremacia como governantes do céu aberto.
Mas quando um asteróide colidiu com a Terra há 66 milhões de anos,
matando todos os dinossauros não-aviários, o reinado dos pterossauros
também chegou ao fim. Até agora, as descobertas paleontológicas indicam que nem uma única espécie de pterossauro chegou ao limite do fim do Cretáceo; todos eles pereceram, assim como a maioria dos pássaros. Apenas uma linhagem - as neornitinas, ou "novos pássaros" - foi concluída.
(No entanto, essa linhagem única foi suficiente. Produziu milhares em
milhares de novas espécies, e hoje as aves de neornitina representam o
segundo maior grupo de vertebrados, atrás apenas dos peixes ósseos, com
mais de 12.000 espécies reconhecidas.) Advertisement Por que os pterossauros sofreram um destino pior do que o dos pássaros no final do Cretáceo? Um dos motivos pode ser a tendência de aumentarem. Dificilmente algum animal terrestre com uma massa corporal adulta superior a 44 libras sobreviveu àquele tempo apocalíptico.
E ser não apenas grande, mas também voador pode ter sido
particularmente caro, porque os grandes aviadores tendem a depender de
vôos altos durante grande parte de suas viagens. A subida depende das condições climáticas adequadas.
Quando o asteroide atingiu, vaporizou parte da crosta terrestre,
juntamente com grande parte dela, e a reentrada dessa nuvem de
metal-metal superenergizada essencialmente incendiou o céu em todo o
mundo.
Especialistas em ascensão, como Jim Cunningham, engenheiro independente
da indústria com décadas de experiência em design de aeronaves,
apontaram que as condições globais de subida podem ter sido arruinadas
por um mês após o impacto - tempo suficiente para matar todos os
pterossauros que precisavam voar para comer . Claramente, apenas ser um pequeno voador também não foi suficiente, já que a maioria das aves também pereceu.
Os que sobreviveram poderiam ter sido capazes de comer alimentos que
poderiam suportar um inverno de estilo nuclear, como sementes. Eles também podem ter conseguido se esconder do perigo, assim como muitos pássaros modernos. Os pterossauros não parecem ter sido especialistas em sementes, nem parecem capazes de se escavar. E por que deveriam ter sido? Uma monstruosidade voadora, mastigadora de dinossauros e 14 pés de altura, não precisa sair do perigo - é o perigo.
Embora termine com a extinção, a história dos pterossauros é um
sucesso: eles eram os gigantes aéreos finais, tendo desenvolvido uma
impressionante variedade de características anatômicas extraordinárias,
nunca vistas em nenhum outro grupo antes ou depois. Com eles, aprendemos muito sobre os limites da forma e função dos animais. Essas lições nos ajudam a entender a história da Terra e a complexidade da ecologia. Eles até inspiram novas tecnologias, incluindo novos designs de aeronaves. Seu registro fóssil é uma janela emocionante para um mundo passado cheio de monstros voadores reais. Os pterossauros não eram apenas extremos - eram excepcionais.
Este artigo foi publicado originalmente com o título "Monstros dos Céus
Mesozóicos" na Scientific American 321, 4, 26-33 (outubro de 2019) doi: 10.1038 / scientificamerican1019-26
MAIS PARA EXPLORAR
Sobre
a diversidade de tamanho e vôo de pterossauros gigantes, o uso de
pássaros como análogos de pterossauros e comentários sobre ausência de
vôo de pterossauro . Mark P. Witton e Michael B. Habib em PLOS ONE , vol. 5, nº 11, artigo nº e13982; Novembro de 2010. As pontas das asas dos pterossauros: anatomia, função aeronáutica e implicações ecológicas . David WE Hone, Matt K. Van Rooijen e Michael B. Habib em Paleogeografia, Paleoclimatologia , Paleoecologia , vol. 440, páginas 431-439; Dezembro de 2015. Cryodrakon boreasGen. et Sp.Novembro de um Pterossauro Azhdarchid canadense cretáceo tardio . David WE Hone, Michael B. Habib e François Therrien no Journal of Vertebrate Paleontology (no prelo).
DOS NOSSOS ARQUIVOS
Gigantes do céu . Daniel T. Ksepka e Michael Habib; Abril de 2016.
SOBRE OS AUTORES)
Michael B. Habib
Michael B. Habib é paleontólogo e biomecânico da Universidade do Sul da Califórnia. Ele estuda a anatomia e o movimento de pterossauros, pássaros e dinossauros de penas.
Crédito: Nick Higgins
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