Como os primeiros mamíferos prosperaram ao lado dos dinossauros
Os primeiros mamíferos, como essa espécie do tamanho de um rato, Liaoconodon hui, coexistiam com dinossauros emplumados como Sinotyrannus nos ecossistemas temperados do Cretáceo, no que hoje é Liaoning, no norte da China. Ilustração de Davide Bonadonna
A noite está caindo no início do Jurássico, 185 milhões de anos atrás, e o Kayentatherium está cuidando de sua ninhada recém-nascida. Chuvas fortes atingem a margem acima de sua toca enquanto ela olha para suas dezenas de pequenos filhotes. Ela é do tamanho de um gato grande e poderia facilmente passar por um mamífero, mas sua mandíbula grande, dentes característicos e falta de orelhas externas a denunciam: ela é um cinodonte, um membro do grupo do qual os mamíferos evoluíram. Em algum momento, sem aviso prévio, o banco encharcado desaba, sepultando os filhotes e sua mãe na lama.
Lá eles permaneceram até o verão de 2000, quando uma equipe de caçadores de fósseis liderada por Timothy Rowe na Universidade do Texas em Austin encontrou seus ossos espalhados entre as rochas da Formação Kayenta no norte do Arizona.
Aquele encontro inicial com os fósseis pouco impressionou os paleontólogos. Eles desenterraram o bloco e o enviaram de volta ao laboratório para mantê-lo em segurança. Foi só nove anos depois que um especialista que preparava o fóssil para estudo notou algo surpreendente: embutidos no bloco havia dentes minúsculos e maxilares com apenas 1 centímetro de comprimento. “Imediatamente eles pararam a preparação e pensaram em maneiras de examinar os bebês de forma não destrutiva”, diz Eva Hoffman, no Texas com Rowe na época e agora paleontóloga do Museu Americano de História Natural em Nova York. Em vez de invadir a rocha, Hoffman e Rowe extraíram digitalmente os ossos com um scanner de microtomografia computadorizada (microCT), que usa raios-X para criar imagens 3D de granulação fina.
O que eles encontraram no interior da rocha foram os primeiros filhotes conhecidos de mamíferos ou seus parentes do Jurássico — e não apenas um, mas 38 deles, colocando-o entre as descobertas mais significativas relacionadas às origens dos mamíferos feitas na última década 1 . Kayentatherium está à beira da condição de mamífero – e os pesquisadores dizem que fornece informações cruciais sobre quais características definem os mamíferos e quais estavam presentes em seus parentes anteriores.
Kayentatherium é semelhante ao de um mamífero de várias maneiras, mas o fóssil sugere que ele ainda se reproduz muito como um réptil, dando à luz grandes ninhadas de descendentes de cérebro pequeno. Por outro lado, “as mães mamíferos investem muito em um número menor de bebês, cada um com mais chances de sobrevivência”, diz Hoffman. Os bebês mamíferos passam mais tempo sob os cuidados de seus pais, desenvolvendo cérebros relativamente grandes, enquanto esses filhotes fósseis tinham ossos e dentes bem desenvolvidos, sugerindo que podiam se defender sozinhos e não eram nutridos por leite, como todos os mamíferos são hoje.
A descoberta está entre uma massa de descobertas nos últimos 10 a 20 anos que são marcos esclarecedores na evolução dos mamíferos. Embora grandes descobertas estejam surgindo em todo o mundo, o maior número está saindo da China; juntos, eles derrubaram a crença agora datada de que os mamíferos da era dos dinossauros eram insetívoros pequenos e normais, ganhando uma vida nas sombras dos répteis gigantes.
Este Liaoconodon hui é um dos muitos fósseis do norte da China que estão aprimorando a imagem de como as características dos mamíferos evoluíram. Crédito: J. Meng et al. Natureza 472 , 181-185 (2011)
Os fósseis revelaram que os primeiros mamíferos eram ecologicamente diversos e experimentavam planar, nadar, cavar e escalar. As descobertas também estão começando a revelar as origens evolutivas de muitas das principais características dos mamíferos – como lactação, cérebros grandes e sentidos soberbamente aguçados.
“A explosão de descobertas de mamíferos primitivos, particularmente da China, nas últimas duas décadas foi reveladora, entorpecedora e absolutamente deslumbrante”, diz David Krause, paleontólogo de vertebrados do Denver Museum of Nature and Science, no Colorado.
Essa avalanche de descobertas também está despertando o debate: alguns pesquisadores discordam sobre quais grupos de fósseis são verdadeiros mamíferos e a forma da árvore genealógica dos mamíferos. “Queremos entender nossa história inicial na linguagem da biologia evolutiva, e é isso que me estimula”, diz Zhe-Xi Luo, paleontólogo da Universidade de Chicago, em Illinois. “É por isso que todo esse campo é tão interessante, porque o registro fóssil está ficando cada vez melhor, e estamos começando a realmente abordar algumas dessas questões.”
Fora das sombras
Em 1824, na Sociedade Geológica de Londres, o naturalista William Buckland apresentou ossos de um dos primeiros dinossauros conhecidos, o Megalossauro. Na mesma palestra, ele revelou pequenas mandíbulas de mamíferos que foram encontradas no mesmo depósito de fósseis. Sua presença sugeria que os mamíferos tinham uma história muito profunda, mas, como aconteceria repetidamente, as descobertas dos dinossauros ofuscaram completamente as dos mamíferos.
O lento fluxo de achados de mamíferos de todo o mundo continuou por 150 anos. Então, em 1997, os pesquisadores descreveram o primeiro mamífero antigo das rochas ricas em fósseis de Liaoning, no nordeste da China 2 , e as comportas se abriram. Desde então, 50 ou mais espécimes quase completos e “belos” foram encontrados lá, de acordo com Jin Meng, paleontólogo do Museu Americano de História Natural. Como os fósseis de dinossauros, eles são desenterrados por fazendeiros locais e vendidos para museus.
Mas os dinossauros continuaram a receber a maior parte da atenção, diz o paleontólogo Steve Brusatte da Universidade de Edimburgo, Reino Unido. “É apenas muito recentemente, através do trabalho de Luo, Meng e outros, que os mamíferos estão recebendo o que merecem.”
A maioria dos fósseis de mamíferos da China foi formada quando os vulcões enterraram os animais em cinzas – e eles são primorosamente detalhados. Fósseis de mamíferos típicos da era mesozóica (252 milhões a 66 milhões de anos atrás) são pouco mais do que fragmentos de dentes e mandíbulas, mas os espécimes chineses geralmente têm esqueletos inteiros, com pêlo, pele e órgãos internos. “Temos muitos detalhes para responder a questões científicas”, diz Meng, interessado em entender a evolução da orelha dos mamíferos, por exemplo.
Ilustração: Davide Bonadonna; Desenho: Wes Fernandes
Ilustração: Davide Bonadonna; Desenho: Wes Fernandes
Ilustração: Davide Bonadonna; Desenho: Wes Fernandes
Ilustração: Davide Bonadonna; Desenho: Wes Fernandes
Os achados derrubaram o dogma anterior. “Costumávamos dizer que, na época dos dinossauros, os mamíferos não eram nada espetaculares. Que eles eram apenas essas coisinhas ratinhos correndo nas sombras”, diz Brusatte. Mas esses animais “estavam passando por sua própria explosão evolutiva”, diz ele.
Os mamíferos apareceram pela primeira vez há pelo menos 178 milhões de anos e correram entre os dinossauros até que a maioria desses animais, com exceção dos pássaros, foi exterminada há 66 milhões de anos. Mas os mamíferos não precisaram esperar que essa extinção se diversificasse em muitas formas e espécies. “Essas novas descobertas documentam uma enorme diversidade ecológica até então inimaginável”, diz Richard Cifelli, paleontólogo da Universidade de Oklahoma em Norman.
Entre as primeiras inovações que os pesquisadores começaram a encontrar na forma fóssil estavam as relacionadas à locomoção. Em 2006, a equipe de Meng relatou o primeiro mamífero planador 3 de 164 milhões de anos Volaticotherium , que tinha membranas nas asas feitas de pele peluda, como os esquilos voadores de hoje. Em 2017, a equipe de Luo adicionou Vilevolodon e Maiopatagaium 4 , 5 , que viviam na mesma época e pertenciam a um grupo chamado haramiyids. Esses animais mergulharam entre as árvores ao lado de alguns dos primeiros dinossauros voadores, aproveitando os recursos alimentares anteriormente inexploráveis.
Os pesquisadores descobriram outras especializações que eles supunham ter evoluído apenas mais tarde: Agilodocodon podia subir em árvores e roer cascas para se alimentar de seiva 6 ; o ribeirinho Castorocauda tinha pés palmados e cauda de castor para nadar 7 ; e Docofossor tinha patas e garras para cavar e parecia uma toupeira moderna 8 .
Esses mamíferos também se adaptaram a uma infinidade de dietas, muito mais diversas do que se supunha anteriormente. Em 2014, Krause descreveu a marmota Vintana de Madagascar 9 , um herbívoro que talvez se alimentasse de raízes e sementes. E o carnívoro Repenomamus , do tamanho de um carcaju, que a equipe de Meng relatou em 2005, tinha ossos de dinossauro bebê em seu estômago 10 . Muitos desses mamíferos fósseis recém-descobertos pertencem a subgrupos extintos há muito tempo, diz Meng. Em contraste com a panóplia que existia no Mesozóico, os mamíferos hoje vêm em apenas três variedades: placentários, que compõem a maioria das espécies e incluem os humanos; marsupiais, como cangurus e coalas, em que a gestação no útero é breve e o desenvolvimento continua em uma bolsa; e os monotremados de postura, representados apenas pelo ornitorrinco e várias equidnas. “Mas na história geológica, havia muitos outros grupos, como multituberculados, triconodontes e haramiyids”, diz Meng. “Os mamíferos eram realmente muito diversos no Jurássico.”
Alguns, como o musaranho Juramaia – descrito pela equipe de Luo em 2011 e datado de 160 milhões de anos atrás – estão entre os primeiros mamíferos placentários e, portanto, têm potencial para serem nossos ancestrais 11 .
E alguns mamíferos da era dos dinossauros também eram muito maiores do que se suspeitava. Repenomamus 12-14 kg, e o Vintana pesava 9 kg. “É empolgante que acabamos com os velhos mitos de que os primeiros mamíferos vieram de um ancestral generalizado muito humilde”, diz Luo.
As descobertas não são apenas da China. Fósseis importantes também vêm dos Estados Unidos, Espanha, Brasil, Argentina, Madagascar e Mongólia. Alguns dos fósseis mais intrigantes e antigos – assim como as maiores lacunas em nosso conhecimento – referem-se aos continentes do sul, onde apenas cinco gêneros de mamíferos mesozoicos e seus parentes são conhecidos, em comparação com mais de 70 gêneros de latitudes do norte. Nas últimas duas décadas, o Brasil produziu vários fósseis do Triássico com mais de 200 milhões de anos. Guillermo Rougier, paleontólogo da Universidade de Louisville, em Kentucky, descreve-os como “descobertas incríveis” que estão bem na cúspide entre os mamíferos e seus ancestrais cinodontes. “Essas formas realmente mostram uma progressão muito transitória de coisas que normalmente não são mamíferos, para coisas que praticamente têm todas as características dos primeiros mamíferos”.
Mamíferos indispensáveis
As últimas descobertas também oferecem pistas sobre a evolução das principais características dos mamíferos. Por exemplo, a audição aguçada dos mamíferos se deve em parte aos pequenos ossos do ouvido médio – o martelo, a bigorna e o ectotimpânico. Mas nos ancestrais reptilianos dos mamíferos, esses ossos faziam parte da mandíbula e eram usados para mastigar em vez de ouvir. Precursores de mamíferos, como Morganucodon de 205 milhões de anos atrás, ostentavam um protótipo do arranjo de mamíferos que permitia ambas as funções 12 .
Em 2011, Meng relatou um intermediário 13 : um espécime de 120 milhões de anos da China pertencente a um grupo de mamíferos chamados eutriconodontes e chamado Liaoconodon hui (ver 'Marcas dos mamíferos'). O fóssil do tamanho de um rato revelou três ossos do ouvido médio, mas eles ainda estavam presos à mandíbula por cartilagem. “A função auditiva e a função mastigatória ainda não estavam completamente separadas”, explica. Esta foi uma prova concreta da transição evolutiva da mandíbula para a orelha.
de 160 milhões de anos, primorosamente preservado, Maiopatagium furculiferum mostra como o planador evoluiu. Crédito: Zhe-Xi Luo/UChicago
Outra característica única dos mamíferos é a maneira sofisticada como mastigam e ingerem alimentos em pequenas porções, em vez de engolir as coisas inteiras, como fazem as cobras e os jacarés. Para tornar isso possível, os mamíferos desenvolveram uma grande variedade de dentes complexos para morder e triturar alimentos.
Mas quando bebês, os mamíferos são nutridos de outra maneira – sugando as glândulas mamárias de sua mãe. “Todo o nosso grupo recebeu o nome dessa incrível inovação biológica”, diz Luo. Beber leite é possível pela capacidade de sugar e engolir, auxiliado pelos ossos hioides na garganta e pelos músculos que os sustentam. Este aparelho também forma a caixa de voz.
Em julho, Luo publicou um artigo revelando um docodonte de 165 milhões de anos – um parente próximo dos mamíferos verdadeiros – que tinha os ossos hioides de sua garganta preservados 14 . Microdocodon gracilis é o primeiro animal conhecido por ter sido capaz de mamar como um mamífero moderno.
Esse nível de detalhe é raro e - semelhante ao estudo dos Kayentatherium - o trabalho nos ossos do ouvido e da garganta só foi possível por meio de avanços nas técnicas de varredura de microTC, diz Krause. A técnica também revelou detalhes sobre as habilidades olfativas e cérebros dos primeiros mamíferos. Essas revelações estão “dando vida a esses primeiros mamíferos de maneiras que antes eram impossíveis e quase inconcebíveis”, diz ele.
Grande parte da constelação de características que consideramos definidoras de mamíferos – dentes complexos, sentidos excelentes, lactação, ninhada pequena – pode realmente ter evoluído antes dos verdadeiros mamíferos, e muito rapidamente. “Cada vez mais parece que tudo saiu em uma explosão muito curta de experimentação evolutiva”, diz Luo. Na época em que criaturas semelhantes a mamíferos estavam vagando no Mesozóico, ele diz, “a linhagem já adquiriu sua aparência moderna e adaptações biológicas modernas”.
Drama familiar
Embora os especialistas concordem em muitos pontos, ainda há muito debate sobre como os grupos de mamíferos primitivos estão relacionados e quais grupos são mamíferos verdadeiros. Isso leva à incerteza sobre como os principais traços evoluíram, diz Hoffman.
Um ponto de discórdia entre Meng e Luo, que desenvolveram suas próprias árvores evolutivas, são os haramiyids. Meng acha que esse grupo inicial pertence aos verdadeiros mamíferos, enquanto Luo está convencido de que é um ramo secundário. Os mais antigos haramiyids conhecidos são de 208 milhões de anos atrás no Triássico. Se eles são verdadeiros mamíferos, então as origens dos mamíferos datam de pelo menos tão longe – se não, então o mamífero mais antigo conhecido tem 178 milhões de anos, bem no Jurássico.
Mais fósseis ajudarão a resolver essas questões e trarão mais surpresas. Krause e Meng dizem que estão estudando fósseis interessantes, mas ainda não publicaram suas descobertas sobre eles, e dezenas de espécimes não estudados estão empilhados nos escritórios de seus colegas chineses.
Os paleontólogos têm muitos itens em suas listas de desejos. Uma característica que Luo quer entender são as taxas de crescimento. Os répteis crescem lentamente ao longo de suas vidas, enquanto os mamíferos crescem em rajadas na juventude e depois no platô. Ele adoraria encontrar uma série de fósseis de bebês a adultos para ver isso acontecer. “Essa é uma das características mais críticas em mamíferos que ajudam a definir nossa biologia”, diz ele.
Tanto Hoffman quanto Meng concordam que embriões e mais bebês seriam achados significativos – e, como a Kayentatherium com suas dezenas de filhotes, eles nos ajudariam a identificar a data em que os pequenos tamanhos de ninhadas de mamíferos apareceram. O sonho de Meng é encontrar uma mamífera grávida. “Esta sempre na minha cabeça que eu vou encontrar um mamífero que dentro do esqueleto você possa ver algum esqueleto muito delicado, que ou é um ovo que não eclodiu, ou é um feto mais interessante”, diz ele.
Se a enxurrada de descobertas ensinou alguma coisa aos pesquisadores, é que cada achado fóssil tem o potencial de adicionar um capítulo à história evolutiva ou até mesmo inverter a narrativa predominante. “Estamos realmente nesta fase excitante, quase maníaca, de muitas novas evidências chegando, e levará tempo para sintetizar”, diz Brusatte.
Natureza 574 , 468-472 (2019)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-019-03170-7
Referências
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