Reconstrução ancestral dos trilobitas

Grupo de experts liderado pela Unesp infere padrões paleobiogeográficos desses artrópodes

Peter Moon | Agência Fapesp

10/01/2019

O registro fóssil mostra que os trilobitas (artrópodes característicos do Paleozoico, conhecidos apenas do registro fóssil) surgiram há 521 milhões de anos nos oceanos do período Cambriano, quando os continentes ainda eram uma paisagem inóspita à maioria das formas de vida. 

Poucos grupos de animais tiveram tamanho sucesso adaptativo como os trilobitas, artrópodes que caminharam pelo solo marinho por 270 milhões de anos até a grande extinção do Permiano, há 252 milhões de anos. Quanto mais recuado no tempo viveu um determinado grupo de animais, mais escassos e raros são seus fósseis, mais difícil é a compreensão sobre o seu modo de vida e mais complicado é para os paleontólogos conseguirem estabelecer relações evolutivas no tempo e no espaço.

Superando as dificuldades inerentes à investigação de animais que viveram há tanto tempo, um grupo de cientistas da Faculdade de Ciências (FC) da Unesp em Bauru e da USP obteve sucesso ao conseguir, pela primeira vez, inferir padrões paleobiogeográficos entre os trilobitas. A paleobiogeografia é o ramo da paleontologia que estuda a distribuição de plantas e animais extintos e sua relação com características geográficas antigas.

O trabalho foi desenvolvido pelo pesquisador do Laboratório de Paleontologia de Macroinvertebrados (Lapalma) da FC, Fábio Augusto Carbonaro, pós-doutorando no laboratório coordenado pelo professor Renato Pirani Ghilardi, do Departamento de Ciências Biológicas.

Participaram também os professores Max Cardoso Langer, da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, e Silvio Shigueo Nihei, do Instituto de Biociências, ambas instituições da USP, entre outros.

Pesquisa

A pesquisa foi feita a partir da análise das diferenças e semelhanças morfológicas entre trilobitas do gênero Metacryphaeus, com 11 espécies descritas. Esses viveram no período Devoniano, entre 416 milhões e 359 milhões de anos atrás, e habitaram as águas frias onde hoje ficam a Bolívia, o Peru, o Brasil, as ilhas Malvinas e a África do Sul. 

Mais especificamente, o gênero Metacryphaeus existiu durante os estágios Lochkoviano e Pragiano. O período Devoniano é subdividido em sete estágios. Os dois mais antigos são o Lochkoviano (419,2 milhões até 410,8 milhões de anos) e o Pragiano (410,8 milhões até 407,6 milhões de anos).

Resultados da pesquisa foram publicados na Scientific Reports, do grupo Nature, e fazem parte do projeto "Paleobiogeografia e rotas migratórias de paleoinvertebrados devonianos do Brasil", que tem apoio da Fapesp e do CNPq e é coordenado por Ghilardi. 

“Ao desaparecerem na extinção do Permiano, há 252 milhões de anos, os trilobitas não deixaram descendentes. Seus parentes vivos mais próximos são os camarões e, de forma bem mais distanciada, as aranhas, os escorpiões, as aranhas-do-mar e também os ácaros”, disse Ghilardi. 

O professor da Unesp explica que fósseis de trilobitas são abundantes e encontrados em todo o mundo. São tão abundantes que acabaram apelidados de baratas do mar. 

 A comparação não é descabida, dado que anatomicamente os trilobitas assemelhavam-se de fato às baratas. A diferença é que não eram insetos e possuíam o corpo articulado, dividido em três partes (ou lobos), daí seu nome.

No Hemisfério Norte, o registro de trilobitas é muito rico. 

Os paleontólogos já descreveram dez ordens, abarcando mais de 17 mil espécies distintas. As menores tinham apenas 1,5 milímetro, enquanto as maiores espécies atingiam até 70 centímetros de comprimento (40 cm de largura). Há regiões como o Marrocos, por exemplo, onde os trilobitas são preservados com perfeição e requinte, quase como se fossem belos camafeus de priscas eras.

Já no Brasil, no Peru e na Bolívia seus fósseis apresentam um estado de conservação muitas vezes sofrível, limitando-se às impressões que seus exoesqueletos deixaram no lodo do solo marinho. 

“Muito embora seu estado de conservação não seja o ideal, há milhares de registros de trilobitas nos sedimentos que formam a Bacia Paraná, na região Sul, e a Bacia Parnaíba, fincada entre as regiões Norte e Nordeste”, disse Ghilardi, que é também presidente da Sociedade Brasileira de Paleontologia.

Segundo ele, tal estado de conservação pode ser uma decorrência das condições geológicas e climáticas aqui reinantes durante a era Paleozoica, quando as porções de terra firme que um dia formariam a América do Sul encontravam-se no Polo Sul –e em muitos momentos inteiramente cobertas de gelo.

Durante o período Devoniano, a América do Sul e a África encontravam-se unidas dentro do supercontinente Gondwana, sendo que o atual território da África do Sul situava-se colado ao Uruguai e à Argentina na altura do Rio da Prata, e os estados do sul do Brasil eram unidos aos territórios das atuais Namíbia e Angola.

Análise parcimoniosa

O trabalho de pesquisa iniciou com a análise de 48 caracteres (as medidas de diversos órgãos anatômicos) encontrados nos fósseis de cerca de 50 espécimes das 11 espécies do gênero Metacryphaeus. 

“Tais caracteres servem, em princípio, para estabelecer a filogenia, ou seja, as relações evolutivas mais próximas ou mais distantes entre todas as espécies do universo de análise”, disse Ghilardi.

É a chamada análise parcimoniosa, muito usada para estabelecer relações entre seres vivos dentro de um determinado ecossistema, e que nos últimos anos começa a ser empregada igualmente no estudo de fósseis.

Ghilardi comenta que, em geral, a parcimônia é o princípio de que a explicação mais simples que pode interpretar os dados deve ser a escolhida. Na análise da filogenia, a parcimônia significa que uma hipótese de relacionamentos que requer o menor número de mudanças de caracteres entre as espécies analisadas (como no caso dos trilobitas do gênero Metacryphaeus) é a mais provável de estar correta.

Nihei, do IB-USP, é taxonomista e sistemata –que trata de sistemas de classificação– de insetos. Na pesquisa, sua colaboração foi na biogeografia. 

“Métodos de análise biogeográfica são empregados normalmente com grupos viventes, cujas estimativas de idade são fornecidas por filogenias moleculares, ou seja, pelo chamado relógio molecular, que indica a idade provável da divergência entre os ancestrais de uma ou mais espécies. Nesse trabalho com trilobitas, usamos idades da mesma forma, porém fornecidas pelos registros fósseis”, disse. 

"O principal ponto do trabalho é o uso dos fósseis em um método que usualmente é utilizado para biogeografias moleculares. Há pouquíssimos casos como o nosso, com fósseis. Creio que nosso estudo abre um novo horizonte para os métodos biogeográficos que requerem um cronograma [um cladograma datado molecularmente], pois esse cronograma pode ser também obtido a partir de táxons exclusivamente fósseis, como os estudados pelos paleontólogos, e não somente cladogramas moleculares de animais viventes”, disse Nihei. 

Langer destaca que o aspecto mais importante do trabalho, “e foi por isso que ele foi aceito por uma revista tão importante como a Scientific Reports, é que pela primeira vez se usa análise parcimoniosa para entender a filogenia de um gênero de trilobitas no Hemisfério Sul”. 

Dispersão gonduânica

Os resultados das análises paleobiogeográficas reforçaram a ideia de que a Bolívia e o Peru formam o lar ancestral dos Metacryphaeus, algo que já era aventado como hipótese. 

"Os modelos estimam uma probabilidade de 100% para a Bolívia e o Peru serem a área ancestral do clado Metacryphaeus, assim como para a maioria de seus clados internos”, disse Ghilardi.

A confirmação da hipótese mostra como os modelos parcimônicos têm o poder de sugerir a presença de clados em um determinado momento do passado do qual não se conhecem registros físicos da presença dos mesmos. 

No caso de Metacryphaeus, seus registros mais antigos na Bolívia e Peru são do início do Pragiano (410,8 milhões até 407,6 milhões de anos), mas estima-se que o gênero tenha evoluído naquela região no estágio Lochkoviano (419,2 milhões até 410,8 milhões de anos).

Em outras palavras, os modelos parcimônicos sugerem que o gênero Metacryphaeus deve ter se originado na Bolívia e Peru em algum momento antes de 410,8 milhões de anos atrás, porém não anterior a 419,2 milhões de anos –idades muito mais antigas do que aquelas dos fósseis hoje conhecidos.

Segundo Ghilardi, a interpretação dos resultados sugere que a radiação do gênero Metacryphaeus para outras áreas do supercontinente da Gondwana ocidental ocorreu durante episódios transgressivos marinhos nos estágios Lochkoviano e Pragiano, quando o mar inundou porções do antigo supercontinente Gondwana.

“A dispersão dos trilobitas do gênero Metacryphaeus durante o estágio Lochkoviano ocorreu da Bolívia e do Peru para o Brasil –para as bacias sedimentares do Paraná, hoje no sul do País, e do Parnaíba, entre as regiões Norte e Nordeste– e em direção das ilhas Malvinas, enquanto a dispersão durante o estágio seguinte, o Pragiano, se deu na direção da África do Sul”, disse. 

Os fósseis de trilobitas da Bacia Paraná vêm sendo continuamente encontrados nas últimas décadas.

 Já os fósseis da Bacia do Parnaíba foram coletados no fim do século 19 e estavam depositados no Museu Nacional, destruído pelo incêndio em setembro. 

"Esses fósseis ainda não foram localizados sob os escombros do edifício, mas tudo leva a crer que não existem mais. Supõe-se que impressões das carapaças no antigo lodo do solo oceânico, mesmo que petrificadas, devem ter se dissolvido com o calor do incêndio", disse Ghilardi. 

O artigo Inferring ancestral range reconstruction based on trilobite records: a study-case on Metacryphaeus (Phacopida, Calmoniidae) (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-33517-5), de Fábio Augusto Carbonaro, Max Cardoso Langer, Silvio Shigueo Nihei, Gabriel de Souza Ferreira e Renato Pirani Ghilardi, pode ser lido em: https://www.nature.com/articles/s41598-018-33517-5. 

Geologia do Brasil - A fratura-mãe

Pesquisas determinam a influência de grande falha na crosta do Brasil na formação das bacias sedimentares do Paraná e do Parnaíba

ANDRÉ JULIÃO | ED. 236 | OUTUBRO 2015

© ICMBIO

Parque Nacional das Sete Cidades, no Piauí: lineamento transbrasiliano corta a região

Imensa cicatriz na crosta terrestre que cruza o Brasil, o lineamento transbrasiliano teve influência na formação das bacias sedimentares do Paraná e do Parnaíba. Embora a hipótese fosse discutida há 40 anos, desde que essa estrutura geológica foi descoberta, apenas agora um grupo de pesquisadores das universidades de Brasília (UnB), Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e Estadual de Campinas (Unicamp) conseguiu avançar no entendimento do papel desempenhado pelo lineamento na formação dessas bacias. Os geólogos produziram um retrato mais preciso do subsolo das áreas por onde passa o lineamento, que, em quase sua totalidade, se encontra encoberto por sedimentos.

As medições feitas na crosta e no manto (camada geológica inferior à crosta) mostram que a quebra do lineamento formou os primeiros depocentros, pontos de acumulação de sedimentos que culminam na formação das bacias. “Muitos outros locais no mundo possuem bacias que tiveram seus depocentros relacionados à reativação de falhas geológicas”, explica Julia Curto, pesquisadora da UnB e primeira autora de um artigo publicado em agosto na Tectonophysics. Nem sempre, porém, os lineamentos dão início a uma deposição de sedimentos. É preciso que as falhas sejam reativadas – se movimentem – de tempos em tempos, “criando espaços que acomodem esses sedimentos”, diz.

As novas análises também geraram um retrato mais preciso do relevo do embasamento das bacias do Paraná e do Parnaíba. O embasamento é a camada mais profunda e antiga, composta por rochas mais densas. É sobre elas que os sedimentos, decorrentes do processo de erosão, se depositam, formando as bacias sedimentares.

Para conseguir o retrato do que está por baixo da bacia, os geofísicos cruzaram dados magnéticos e de gravimetria. Eles são obtidos por equipamentos embarcados em aviões que sobrevoam a área de estudo e detectam pequenas mudanças nos campos gravitacional e magnético da Terra. Esses dois campos variam conforme a densidade das rochas e suas propriedades magnéticas. Os aparelhos medem os contrastes entre rochas mais e menos densas e com maior ou menor intensidade de magnetização, formando mapas detalhados do subsolo.

Foi a primeira vez que os dois métodos foram usados simultaneamente para estudar o lineamento. “O que havia era uma estimativa apenas de gravimetria, que pode levar a grandes imprecisões”, diz Reinhardt Fuck, pesquisador da UnB. Parte dos levantamentos usados pelos pesquisadores foi feita nos anos 1970 no projeto Radam Brasil, que mapeou pela primeira vez o subsolo brasileiro. Foi compilando os dados desses voos que o geólogo Carlos Schobbenhaus, na época no Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), descobriu o lineamento. Os dados mais recentes foram obtidos de sobrevoos realizados pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). “Depois de muito tempo em que praticamente só se explorou petróleo no mar, o Brasil começa a olhar para o continente”, diz Hilário Bezerra, professor da UFRN e um dos autores do estudo. As pesquisas do grupo fazem parte de um projeto financiado pela Petrobras que se encerra em 2015.
Uma falha brasileira
“O trabalho traz resultados muito interessantes, pois, até então, alguns autores chegavam a contestar se o lineamento realmente passava por baixo da bacia do Paraná”, afirma Marcelo Assumpção, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), que não participou do projeto. Na bacia do Parnaíba, ele diz, a influência do transbrasiliano é mais evidente, já que o lineamento reaparece do outro lado, no Ceará. “Agora conseguimos ver exatamente por onde passa o lineamento debaixo da bacia e ainda descobrimos várias regiões subterrâneas que não conhecíamos”, diz David Castro, pesquisador da UFRN que publicou no ano passado um estudo sobre o tema.

O lineamento divide o território nacional em duas grandes regiões. De um lado, a Amazônia, uma porção do Centro-Oeste e pequenos trechos do Ceará e Piauí; do outro, as regiões Sul, Sudeste e todo o resto do Nordeste. Ele começa na Argentina, passa pelo Paraguai e vai até o litoral do Ceará, totalizando 5 mil quilômetros (km) de extensão. Registra profundidades de até 40 km e, em alguns trechos, pode ter 200 km de largura. Como se formou quando a América do Sul e a África ainda faziam parte de um mesmo supercontinente, Gondwana, ele tem uma continuação no continente africano, o lineamento Kandi, que cruza o Saara por cerca de 4 mil km.

Essa falha na crosta originou-se no período geológico chamado Ciclo Brasiliano, entre 750 milhões e 540 milhões de anos atrás, quando o cráton do São Francisco se chocou com o cráton amazônico. Crátons são pedaços antigos relativamente estáveis das placas tectônicas. A colisão desses dois blocos gerou movimentação de rochas, misturou as mais recentes com as mais antigas e juntou rochas pobres e ricas em minerais magnéticos. Também foram geradas outras falhas geológicas. Algumas delas foram preenchidas por sedimentos que se depositaram e começaram a formar as bacias.

Depois de consolidado, o lineamento voltou a se movimentar. A primeira vez  foi no Cambriano, cerca de 540 milhões de anos atrás, e depois no Mesozoico, entre 252 milhões e 65 milhões de anos atrás. Essas movimentações abalaram ainda mais a estrutura do lineamento, misturando mais as rochas e sedimentos à sua volta. Hoje não há choques entre as bordas dos crátons. Eventualmente, em intervalos de milhões de anos, podem ocorrer pequenos movimentos nas bordas, mas o bloco como um todo é estável.

Os dados obtidos no projeto do lineamento transbrasiliano continuarão sendo analisados. Uma das ideias é fazer mapeamentos mais detalhados de algumas áreas. Eles podem desvendar com mais precisão a origem das bacias sedimentares que o lineamento cruza. “O natural agora é ir aumentando o zoom”, conclui Julia.

Artigo científico

CURTO, J. B. et al. Crustal framework of the northwest Paraná Basin, Brazil: Insights from joint modeling of magnetic and gravity data. Tectonophysics. v. 655, 58-72. 1º ago. 2015.

Pesquisa acrescenta novas peças ao ‘quebra-cabeça’ da evolução das espécies

10/04/2013

Por Noêmia Lopes

Agência FAPESP – O maior episódio de extinção em massa da história da Terra ocorreu na passagem do Permiano (o período situado entre 290 e 245 milhões de anos atrás) para o Triássico (entre 245 e 200 milhões de anos). A hipótese mais aceita é a de que eventos vulcânicos ocorridos na Sibéria tenham alterado a composição química da atmosfera, resultando em mudanças climáticas, alterações na circulação das correntes marinhas e, por fim, a extinção em massa.

Vestígios fósseis coletados nos estados do Maranhão, Paraná e Rio Grande do Sul ampliam conhecimentos a respeito das espécies que habitaram essas regiões entre 290 e 200 milhões de anos atrás (divulgação)

Em busca de pistas para entender melhor esse momento-chave da história geológica, Max Cardoso Langer, professor do Departamento de Biologia da Universidade de São Paulo (USP), campus de Ribeirão Preto, foi a campo nos estados que guardam os principais depósitos do período Permo-Triássico brasileiro – Maranhão, Paraná e Rio Grande do Sul.
Fósseis de vertebrados, invertebrados e até mesmo vegetais desse período foram encontrados ao longo dos dois anos da pesquisa apoiada pela FAPESP entre 2010 e 2012.

Em rochas do período Permiano da Bacia do Parnaíba, no Maranhão, foi localizada uma flora até então desconhecida. “Ela guarda uma semelhança muito grande com as floras permianas da Europa, dos Estados Unidos e do Sudeste Asiático. É um detalhe técnico, mas muito interessante, pois mostra que o norte do Brasil, naquela época, tinha uma biota mais parecida com regiões ao norte do planeta do que com o restante da América do Sul”, disse Langer.

Outra descoberta feita na Bacia do Parnaíba extrapolou o período de abrangência da pesquisa: acima das rochas do Permiano, sedimentos de idade jurássica (de 200 a 145 milhões de anos) escondiam um crânio de um crocodiliforme (parente fóssil dos jacarés atuais). Em terras brasileiras, todos os tetrápodes (animais com quatro patas) do Jurássico eram conhecidos somente a partir de pegadas, tornando esse achado o primeiro com base em esqueleto, segundo Langer.
A terceira entre as coletas mais significativas do Maranhão foi a de vestígios de peixes do grupo dos semionotiformes do período Permiano, animais que tinham por volta de 25 centímetros de comprimento e tegumento áspero por conta de escamas bastante robustas. Eles eram conhecidos somente do Triássico em diante.

“Acreditava-se que tais peixes tinham surgido após a grande extinção. Com o achado, vimos que, na verdade, eles pertencem a uma linhagem que, por algum motivo, resistiu ao evento de crise e irradiou-se depois dela”, disse Langer. O material está na USP de Ribeirão Preto, em análise por uma professora parceira, Martha Richter, do Natural History Museum de Londres.

Descendo o território nacional, Langer e sua equipe foram para a Serra do Cadeado, no norte do Paraná, onde também existem rochas do período Permiano. Lá, encontraram peixes e anfíbios fósseis, agora em vias de serem descritos.
“Achamos ainda vestígios de trilobitas, que são artrópodes – animais com apêndices articulados e exoesqueleto – de ambiente sempre marinho. Não se imaginava que houvesse influência do mar naquela região no período em que viveram esses animais. Mas esta é uma evidência de que tal conexão existiu”, disse o pesquisador.

Na origem dos dinossauros

As investigações em rochas triássicas na depressão central do Rio Grande do Sul ajudaram a descrever três espécies de dinossauros: uma delas, o Pampadromeu (Pampadromaeus barberenai), pela primeira vez; e as outras duas, o Guaibassauro (Guaibasaurus candelariensis) e o Sacissauro (Sacisaurus agudoensis), ganharam descrições mais completas e detalhadas do que as existentes.
“Um dos aspectos que tornam essas descobertas tão interessantes é que as rochas do Triássico do Rio Grande do Sul – assim como as do noroeste argentino – reúnem os dinossauros fósseis mais antigos de que se tem notícia em todo o mundo. Ou seja, estudá-los é olhar para a origem desses animais, para seus primeiros momentos sobre a Terra”, disse Langer.

A irradiação biótica no período do surgimento dos dinossauros, após a extinção entre o Permiano e o Triássico, moldou os padrões de biodiversidade atual. Foi o momento em que também apareceram sapos, tartarugas, mamíferos e as linhagens das aves, crocodilos e lagartos. “Novas descobertas sobre os dinossauros sempre ajudam, portanto, a explicar melhor como se estruturou a fauna que conhecemos hoje em dia”, afirmou Langer.

As buscas em solo gaúcho renderam ainda descrições de novos exemplares de tetrápodes do Triássico, como um rincossauro (Teyumbaita sulcognathus) e um rauisúquio (Decuriasuchus quartacolonia). O primeiro foi um quadrúpede baixo, alongado, que passava dos dois metros de comprimento na idade adulta e contava com uma estrutura dentária própria para mastigar vegetais, provavelmente sementes.
Já os rauisúquios eram os predadores de topo da época, comparáveis, em termos de papel na cadeia alimentar, com os leões e os tigres atuais. “Alguns passavam de cinco metros de comprimento. Pertenciam à linhagem dos crocodilos e conviveram com os dinossauros – que no início não eram tão grandes e provavelmente serviram de presas para os rauisúquios”, explicou Langer.

Hiato de Olson

O projeto envolveu outros cinco docentes e ao menos 15 alunos de instituições parceiras: Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Universidade Luterana do Brasil (Ulbra) e Universidade Federal do Piauí (UFPI). Os esforços investigativos seguem em frente, com o estudo do material coletado. Ao longo dos próximos anos, isso permitirá traçar novas relações de parentesco e preencher lacunas no registro fóssil das espécies.

Os conhecimentos obtidos a partir de então podem contribuir, de modo especial, com o preenchimento do chamado Hiato de Olson, o período que se estende de 270 a 265 milhões de anos atrás (dentro do Permiano), em que registros fósseis são mais escassos.

“Não existe um motivo conhecido e aceito de forma consensual para tal escassez. Pode ser somente pela escassez de rochas dessa idade”, disse Langer. Todos os dados recuperados ao longo da pesquisa são inseridos no Sistema Lund (www.lund.fc.unesp.br/lund), banco de dados on-line para a catalogação de fósseis, o primeiro do tipo no Brasil.

Langer já havia se debruçado sobre fósseis do período Triássico no Rio Grande do Sul em seus projetos de mestrado (1996) e doutorado (2001). Nos anos seguintes, passou a estudar também os depósitos do período Permiano nos estados de São Paulo e Paraná. Com o estudo sobre o Permo-Triássico concluído, o próximo passo do pesquisador será seguir acrescentando peças ao quebra-cabeça evolutivo, agora a partir do estudo de fósseis específicos do Triássico-Jurássico.