Quanto tempo os fósseis levam para se formar?–por Marcus Cabral

13 de março de 2023 - Por: Marcus Cabral

Fósseis são registros de organismos que viveram no passado. Existem duas categorias principais de fósseis: fósseis corporais  e icnofósseis . Os fósseis corporais são o resultado da preservação de partes ou do corpo inteiro de uma planta, animal ou micro-organismo. Estes são os fósseis com os quais as pessoas estão mais familiarizadas, consistindo de esqueletos, dentes, conchas, carapaças, organismos em âmbar, madeira petrificada, material vegetal, pólen, etc. Icnofósseis (também chamados de vestígios fósseis) são evidências da atividade de um organismo. Os icnofósseis comuns são pegadas e rastros de animais, tocas, vestígios de raízes de plantas, coprólitos (fezes fósseis) e perfurações em rochas, ossos, madeira, conchas ou outros substratos. O estudo de fósseis fornece informações sobre antigas comunidades biológicas e a fisiologia, comportamento e ecologia dos organismos.

Os fósseis são encontrados principalmente em rochas sedimentares, formadas pela deposição de areia e lama ou precipitação de minerais como calcita e sílica. A maioria das rochas sedimentares e os fósseis nelas contidos contêm evidências de deposição aquática. O estudo dos fósseis e das rochas associadas nas quais eles são preservados nos dá informações sobre as condições antigas em que os organismos viveram, chamados de paleoambientes, e os caminhos que levaram à sua fossilização.

A fossilização é um processo físico-químico que normalmente requer três condições; 1) posse de partes duras, 2) escapar da destruição imediata e 3) as condições geoquímicas corretas no sedimento. Primeiro, organismos com partes duras como madeira, ossos, dentes, conchas ou outras partes mineralizadas têm muito mais probabilidade de deixar algum tipo de fóssil do que aqueles que possuem apenas partes moles; como água-viva, vermes e lesmas. Partes moles, como cabelos, penas, pele, órgãos internos, flores, etc., são extremamente raras no registro fóssil da maioria dos grupos animais e vegetais. A razão é que a destruição de tecidos moles por decomposição microbiana ou eliminação ocorre rapidamente após a morte, e apenas estruturas duras e mineralizadas sobrevivem o tempo suficiente para serem enterradas e preservadas. Essa é a principal razão pela qual o registro fóssil é incompleto porque, em comparação com a abundância de organismos de corpo mole presentes nos ambientes modernos, poucos organismos que consistiam apenas em partes moles estão representados no registro fóssil. O registro fóssil é, portanto, tendencioso para as partes mineralizadas dos organismos que as produzem. Os tecidos moles não duram tanto quanto as partes duras, mas mesmo com partes duras, alguns materiais duram mais do que outros. Por exemplo, os dentes duram muito mais que os ossos, enquanto as conchas e a celulose duram mais que a quitina (a proteína que forma o exoesqueleto do artrópode), embora esta última seja mais lábil e frágil que a lignina. 

No entanto, existem alguns exemplos notáveis ​​de partes moles preservadas, incluindo mamutes inteiros preservados no permafrost siberiano; salamandras, flores, insetos, aracnídeos e outros invertebrados preservados em âmbar;[1] e vasos sanguíneos e células preservadas em ossos de dinossauros, [2] bactérias em sal mineral, [3] e bactérias em ossos de crânios de dinossauros do Cretáceo. [4] Um caso excepcional é a fossilização de músculos, raríssima e documentada em espécimes extraordinários como o peixe fóssil da Formação Santana, no Brasil. [5] Esses fósseis raros são casos de preservação excepcional (Fig. 1). Apesar dessa tendência para as partes duras dos organismos, o registro fóssil ainda é considerado adequado para estudar a história da vida na Terra.

 

Figura 1: Preservação diferencial de peixes fósseis. Esta imagem ilustra dois modos de preservação em peixes fósseis. O peixe à esquerda ( Leptolepsis knorri ) mostra o modo comum de preservação em 2D, com o esqueleto, incluindo o crânio, e parte da pele (escamas) preservados com razoável grau de articulação e completude. O peixe da direita ( Araripelepidotes), da Formação Santana no NE do Brasil, é um caso de preservação excepcional em que o corpo é preservado em três dimensões. Estudos mostraram que alguns desses peixes tridimensionais contêm partes do tecido mole (incluindo músculos, brânquias e órgãos internos) mineralizados em hidroxiapatita, preservando até a estrutura fina dos miômeros musculares e outros detalhes. A rápida destruição de peixes mortos em ambientes modernos sugere que o rápido soterramento e mineralização devem ter ocorrido para preservar as carcaças desses peixes fósseis.

Um segundo fator importante é que a fossilização requer a fuga da destruição imediata após a morte. Observações modernas nos dizem que apenas uma proporção muito pequena dos organismos que vivem em um determinado ambiente acabará por se tornar fossilizada. Conforme indicado acima, os animais de corpo mole estão sujeitos à destruição por predação, eliminação ou decomposição e, normalmente, nenhum vestígio é deixado após um curto período de tempo. As plantas também são destruídas por herbívoros ou decompostas por atividade bacteriana e fúngica. 

A madeira pode durar períodos de tempo relativamente longos, tornando mais provável que seja enterrada e fossilizada. Animais com esqueletos duros também estão sujeitos à destruição, mas suas partes duras podem permanecer e se tornar fossilizadas.

A maioria dos organismos não se torna fóssil. Por que é que? A razão é que tanto a matéria orgânica quanto a mineral são destruídas pela decomposição bacteriana e danos físicos. Logo após a morte do organismo, as bactérias iniciam o processo de decomposição, quebrando moléculas e tecidos. Além disso, processos físicos, como correntes de água, pisoteio ou limpeza, podem contribuir para a destruição dos restos.

Mas as bactérias também podem desempenhar um papel importante no processo oposto – preservação, a mineralização de restos em certos ambientes ambientais. A atividade bacteriana desempenha um papel importante na química da calcita (CaCO ₃ ), [6] que é o principal componente das rochas calcárias e de muitos fósseis. Dolomita (CaMgCO ₃ ), siderita (FeCO ₃), e os fosfatos também são precipitados pela atividade bacteriana. 

A extraordinária capacidade de multiplicação das bactérias favorece o início precoce de certos processos de biomineralização que impedem a destruição dos restos orgânicos. Assim, a fossilização depende de dois parâmetros químicos: a decomposição, que destrói os restos dos organismos, e a mineralização, que preserva um registro de sua existência. Curiosamente, a decomposição é realizada pela atividade bacteriana, que também é a causa de muitos casos de mineralização.

Figura 2: Geocoma é uma estrela frágil fóssil encontrada em rochas jurássicas na Europa. Esses animais invertebrados eram muito delicados, sem esqueleto interno, e se decompunham e se desarticulavam rapidamente após a morte em um ambiente aquático. O fato de este fóssil ser preservado em sua totalidade e em articulação indica que muito pouco tempo se passou entre a morte, o enterro e a fossilização. Na verdade, é provável que um evento de soterramento repentino tenha matado o animal e iniciado os processos de mineralização.

A chave para a formação fóssil é, portanto, o enterramento rápido em um meio capaz de prevenir ou retardar a decomposição completa. 

Os restos de organismos devem ser enterrados antes que a decomposição e a eliminação os destruam completamente (Fig. 2). A ocorrência de ossos fósseis, conchas e madeira indica que não apenas esses restos foram enterrados antes da destruição completa, mas também que a degradação cessou e as condições químicas do sedimento eram apropriadas para a preservação. Portanto, a terceira condição para que ocorra a fossilização é a existência de condições geoquímicas adequadas no sedimento para que ocorra a remineralização. O tipo de condições químicas depende do ambiente em que os organismos foram enterrados. Diferentes condições e ambientes podem produzir diferentes tipos de preservação, variação na abundância ou uma completa falta de fósseis. Animais marinhos que vivem em águas rasas são os mais prováveis ​​de serem preservados, especialmente se sedimentos finos como lama ou areia os cobrirem. Os organismos terrestres não são tão susceptíveis de serem preservados como os dos habitats marinhos. Os restos de faunas e floras terrestres são normalmente encontrados em depósitos lacustres, pantanosos e flúvio-aluviais porque a água é quase absolutamente necessária para a fossilização.

A água que flui no sedimento que envolve os organismos enterrados permite que os minerais dissolvidos se infiltrem através dos ossos, conchas, madeira ou outras partes duras e os substituam por minerais. Este processo é conhecido como permineralização . O cálcio precipitará em calcita, uma forma de carbonato de cálcio, e o silício precipitará em sílica; estes são os dois minerais ou cimentos mais abundantes que produzem a mineralização da matéria orgânica. Minerais contendo cobre, cobalto ou ferro podem adicionar cor aos fósseis.

Ao contrário do que muitos acreditam, a permineralização pode não demorar muito. Dadas as condições geoquímicas corretas durante o enterro, a permineralização pode ocorrer rapidamente: variando de algumas horas a alguns anos, dependendo do tamanho e da natureza do material original. Os cientistas relataram embriões fossilizados de equinodermos (ouriços-do-mar), que são estruturas extremamente delicadas. 

Experimentos realizados para replicar esses embriões fossilizados mostram que a fossilização aconteceu em um período de tempo muito curto. [7] Experimentos mostram que a mineralização do tecido mole do camarão com fosfato de cálcio mediada pela decomposição bacteriana pode começar em poucos dias e aumentar em 4 a 8 semanas após a morte, possivelmente levando à fossilização. [8]Este é um exemplo de fossilização envolvendo precipitação mineral que ocorre durante o processo de decomposição causado por bactérias. 

Os paleontólogos britânicos David Martill estudaram detalhadamente a preservação de peixes e outros animais em rochas do Cretáceo Inferior da Chapada do Araripe, nordeste do Brasil, e constataram que elas preservaram as estruturas mais delicadas conhecidas no registro fóssil. Guelras, músculos, estômagos e até ovos com gemas já foram encontrados. 

Esses são casos excepcionais de preservação por fosfatização – mineralização por fosfato de cálcio. Martill conclui que muitos dos detalhes finos preservados nesses fósseis foram mineralizados em um período de tempo de 5 horas ou menos após a morte, e chama isso de fossilização instantânea . [9]

Estudei fósseis de baleias na Formação Pisco no Peru em que a estrutura das barbatanas (o órgão filtrante da boca das baleias) foi parcialmente mineralizada e preservada em posição anatômica, o que é um caso de preservação excepcional porque as barbatanas não são ósseas tecido e não está enraizado no maxilar. Baleen tende a se desprender da baleia e se decompor rapidamente após a morte, no entanto, é preservado em posição de vida em muitos desses espécimes fósseis. Sugeri que as baleias devem ter sido rapidamente enterradas e as barbatanas rapidamente mineralizadas para serem preservadas. [10]

Em conclusão, a fossilização, pelo menos no presente, é considerada um processo muito improvável e acredita-se que apenas uma fração muito pequena dos organismos que viveram no passado se tornaram fósseis. A maioria desses fósseis eram partes duras do esqueleto ou madeira. Para se tornarem fossilizados, os organismos devem ser enterrados rapidamente, preferencialmente em um sedimento fino com condições geoquímicas que favoreçam a troca de minerais entre o sedimento e os componentes orgânicos do organismo, e essa troca de minerais é possível por causa dos minerais dissolvidos na água corrente. Se essas condições ocorrerem, a fossilização deve necessariamente ser um processo rápido de algumas horas a alguns meses, para ocorrer antes que a decomposição destrua qualquer registro do organismo. A fossilização não leva milhares ou milhões de anos,

REFERÊNCIAS

[1] Poinar, G. Jr., Wake, D. B. 2015. Palaeoplethodon hispaniolaegen. n., sp. n. (Amphibia: Caudata), a fossil salamander from the Caribbean. Palaeodiversity 8:21-29; Poinar, G. O. Jr., Struwe, L. 2016. An asteroid flower from neotropical mid-Tertiary amber. Nature Plants2, article number 16005; Poinar, G. O. Jr., Brwon, A. E. 2016. An exotic insect Aethiocarenus burmanicusgen. et sp. Nov. (Aethiocarenodea ord. nov., Aethiocarenidae fam. Nov.) from mid-Cretaceous Myanmar amber. Cretaceous Research 72:100-104, doi.org/10.1016/j.cretres.2016.12.011

[2]Schweitzer, M. H., Wittmeyer, J. L., Horner, J. R., Toporski, J. K. 2005. Soft-tissue vessels and cellular preservation in Tyrannosaurs rex. Science307:1952-1955.

[3] Monastersky, R. 1995. Ancient Bacteria Brought Back to Life. Science News147(20):308.

[4] Pinheiro, F. L. Horn, B. L. D. Schultz, C. L., de Andrade, J. A. F. G., Sucerquia, P. A. 2012. Fossilized bacteria in a Cretaceous pterosaur headcrest. Lethaia45: 495-499.

[5] Martill, D. M. 1989. The Medusa Effect: Instantaneous fossilization. Geology Today(November-December): 201-205.

[6] Anbu, P., Kang, C. H., Shin, Y. J., So, J. S. 2016. Formations of calcium carbonate minerals by bacteria and its multiple applications. SpringerPlus, 5, 250. doi:10.1186/s40064-016-1869-2.

[7] Raff, Elizabeth C., Schollaert, Kaila L., Nelson, David E., Donoghue, Philip C. J., Thomas, Ceri-Wyn, Turner, F. Rudolf Stein, Barry D., Dong, Xiping, Bengtson, Stefan, Huldtgren, Therese, Stampanoni, Marco, Chongyu, Yin, Raff, Rudolf A. 2008. Embryo fossilization is a biological process mediated by microbial biofilms. PNAS105(49):19360-19365, 10.1073/pnas.0810106105.

[8] Briggs, Derek E. G., Kear, Amanda J. 1993. Fossilization of Soft Tissue in the Laboratory. Science259(5100): 1439-1442. DOI: 10.1126/science.259.5100.1439.

[9] Martill 1989.

[10] Esperante, R., Brand, L. R., Nick, Kevin E., Poma, O., Urbina, M. 2008. Exceptional occurrence of fossil baleen in shallow marine sediments of the Neogene Pisco Formation, Southern Peru. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology257(3):344-360.