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sábado, 3 de agosto de 2019

5 bizarras formas de vida difíceis de classificar

Por Marcus Cabral - 03 de agosto de 2019.
Nas aulas de biologia você deve ter aprendido que todos os seres vivos têm uma designação taxonômica – ou seja, são classificados e nomeados de acordo com grupos que reúnem formas de vida com características em comum.

Mas, como a natureza é complexa, também pode ser muito difícil para os pesquisadores categorizar certos seres vivos, principalmente formas de vida muito antigas. Algumas espécies são tão obscuras que é difícil dizer se elas pertencem ao reino animal ou vegetal.

Conheça cinco estranhas formas de vida difíceis de classificar e compreender:

Mamíferos pré-históricos

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Mamutes são animais pré-históricos famosos, e até aparecem em filmes de vez em quando. Os mastodontes são animais bem parecidos com eles, mas menos conhecidos – pelo menos entre aqueles que não conhecem a primeira geração de Power Rangers. Pesquisadores ainda não sabem muito sobre nenhum desses dois gigantes extintos do meio animal.

O que se sabe dos mastodontes é que eles tinham cerca de três metros de altura e pesavam até sete toneladas. Suas enormes presas de marfim chegavam a cinco metros de comprimento. O que diferencia esses animais dos mamutes é o formato dos dentes: os dos mastodontes tinham forma mais cônica e eram adaptados para a mastigação de folhas moles.

Os mamutes e mastodontes tinham parentes ainda mais misteriosos, como os animais do gênero Amebelodon. Pesquisadores acreditam que eles eram parecidos com os animais bizarros representados na imagem acima. A boca dessas criaturas se parecia com enormes pás. É difícil entender o porquê desse formato, já que não há nada semelhante a isso nos seres vivos atuais. [io9/Mastodonte/Amebelodon]

“Camarão” bizarro

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O animal bizarro da foto acima (que lembra um camarão) faz parte dos anomalocaridídeos, uma família de animais marinhos extintos. Por muito tempo acreditou-se que eles viveram apenas no período cambriano (entre 542 milhões e 488 milhões de anos atrás).

Posteriormente, contudo, foi descoberto que eles também viveram no período devoniano – o que adicionou mais de 100 milhões de anos de existência para essas estranhas criaturas marinhas. A antiguidade de seres vivos extintos como esses dificulta muito seu estudo e compreensão. [io9/Anomalocarididae]

Planta ou animal?

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Essa criatura com formato de tulipa foi encontrada no Folhelho Burgess, um sítio com grande número de fósseis no Canadá. Denominado Siphusauctum gregarium, este ser vivo é do período cambriano e atingia pelo menos 20 cm de comprimento. Ele provavelmente se alimentava por filtragem e tinha uma vida sedentária. Mesmo parecido com uma planta, os pesquisadores afirmam que é um animal – embora não se conheça nenhum outro parecido com ele. [io9/Siphusauctum/Plosone]

Fóssil misterioso

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O Gluteus minimus parece um molusco, mas talvez seja apenas um dente de peixe ou uma casca de algum animal. Acredite se quiser, os pesquisadores não fazem ideia do que seja isso. O nome vem exatamente da palavra que você está pensando: glúteos. Algum cientista engraçadinho achou que o fóssil tinha esse formato. [io9/Gluteus minimus]

Abelhas marinhas

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Outras criaturas misteriosas são os graptólitos. Esses animais habitaram os mares do período paleozoico, cerca de 470 milhões de anos atrás. Eles pareciam insetos com antenas e construíam estruturas parecidas com grandes colmeias. Acredita-se que os graptólitos tivessem relação com os vermes modernos – embora eles não se pareçam nada com os que existem hoje em dia.

quinta-feira, 28 de fevereiro de 2019

The skeleton articulated

Jan Zalasiewicz enjoys Brian Switek’s exploration of how the human scaffold — and our ideas about it — evolved.
X-ray sequence of a human skeleton running
Our bones have evolved over millions of years.Credit: Nick Veasey
Skeleton Keys: The Secret Life of Bone Brian Switek Riverhead (2019)

The bony scaffolding beneath our skin can move us emotionally as well as physically. In enabling our lives, yet enduring beyond them, our skeletons challenge our understanding of ourselves. This premise underpins Brian Switek’s Skeleton Keys, a thoughtful, engaging meditation on the origins of the human skeleton, how it functions (or malfunctions) and how we come to terms with our essential but unsettling osseous framework.

Bone’s potential for physical immortality reminds us all too vividly of our personal mortality. Switek conveys the Grand Guignol aspects of this with suitably horrified fascination — contemplating, say, the bones of England’s King Richard III, hacked and broken in his final hour on the battlefield. Dinosaur bones, however awe-inspiring, cannot chill the spine in quite the same way as the fleshless frames of our own kind.

A ênfase é assim muito no "nosso". Switek há muito entusiasmou e escreveu elegantemente sobre os ossos de nossos parentes distantes, não menos os dinossauros. E alguns, como o monstruoso Supersaurus, são abordados neste livro. A história ainda mais antiga dos vertebrados é bem delineada desde o início, suas origens no período Cambriano, exemplificado pelo Pikaia, um organismo marinho extinto parecido com uma enguia que não tinha esqueleto, mas provavelmente possuía uma notocorda, a precursora da coluna vertebral. O Pikaia foi encontrado nos cerca de 508 milhões de anos de idade Burgess Shale, um rico tesouro descoberto no Canadá em 1909 pelo temível paleontólogo Charles Doolittle Walcott.

As outras criaturas da cornucópia Burgess - e os muitos esqueletos sofisticados, principalmente externos, então sendo conjurados por grupos de invertebrados, como os artrópodes - são mencionados apenas brevemente. Esta é uma narrativa de osso, não de carapaça, e os primeiros organismos revestidos de carapaça são significativos aqui principalmente para efetivamente empurrar os vertebrados para os lados por mais de 100 milhões de anos. O esqueleto dos vertebrados finalmente prosperou, e Switek descreve alguns passos importantes ao longo do caminho, como a forma como passou de externa para interna entre os primeiros peixes.

Further towards our particular twig of life’s tree, dinosaurs make a guest appearance, with legendary nineteenth-century US bone hunters and sworn enemies Edward Drinker Cope and Othniel Charles Marsh in the spotlight. Obsessively driven, and each burning their way through a family fortune, they unearthed many iconic dinosaurs, such as Triceratops and Diplodocus. There is nothing on their UK counterpart Mary Anning, although she performed comparable palaeontological miracles in extracting ichthyosaurs and plesiosaurs from dangerous Dorset cliffs. This nascent scientific field had formidable female protagonists, too, working against tremendous odds.

Close to the bone

Os próximos 100 milhões de anos, nos quais os mamíferos floresceram, são cobertos rapidamente, para chegar à bonança óssea do Pleistoceno dos depósitos de alcatrão de La Brea, em Los Angeles, Califórnia. Descrevendo-os como o mais importante sítio fóssil do planeta (que é a luta entre os paleontólogos), Switek concentra-se no conjunto de ossos humanos encontrados entre os mamutes e leões e gatos com dentes de sabre. Chamada de La Brea Woman, seus restos de 10 mil anos permitem que Switek explique as complexidades físicas e químicas do osso em geral e dos ossos humanos em particular. E é uma coisa extraordinária, permitindo resiliência e força, e contínua remodelação interna. Os esqueletos dos vertebrados, ao contrário dos dos artrópodes, não precisam ser sucessivamente mudados à medida que o animal cresce, e assim podem alcançar vastas dimensões - como na baleia azul.

This narrative is neatly done, but the fascination exerted by human bone on human minds lies at the book’s heart. With Switek, we visit Neolithic tombs and medieval ossuaries, consider skull cults and muse on the bony personification of Death. The book makes extended explorations of how nineteenth-century anthropologists such as Samuel Morton in Philadelphia, Pennsylvania, used skull measurements to claim the existence of racial differences, a malign legacy that, although long discredited in science, lingers today in apologias for racism. Switek also describes the protracted tug-of-war between scientists and the Native American community around the Columbia River in Washington state over who owns the 9,000-year-old skeleton of the Ancient One, also known as Kennewick Man (D. H. Thomas Nature 531, 302–303; 2016). This is terrain most palaeontologists never navigate; Switek picks through it well.

In the book’s coda, the narrative gets up close and personal. Switek considers his own skeleton, and how it might follow those of the dinosaurs into geological immortality. Switek’s deep-time focus comes through a little too strongly, I think, in his assertion that it is mainly our skeletons that will be left to tell of our passing. Of the detritus that each of us casually scatters — thousands of ballpoint pens, polyester socks, aluminium cans and so on — much is a good deal more decay-resistant than the average cranium or femur. Our bones might be only a small part of our ultimate legacy.

Nevertheless, as this book shows, the skeletal side of life grips us now, and might enthral whoever excavates our remains in the far future. As Switek ponders the sediments in which his own bones might be fossilized, he needs to think of larger geological processes. The sea floor off the shore of New Orleans, Louisiana, might provide a good start: there are stagnant muds, and local tectonic subsidence will allow the fossil to be securely entombed. In the meantime, we should enjoy Switek’s talent for spinning compelling tales of old bones.

Nature 566, 452-453 (2019)

doi: 10.1038/d41586-019-00679-9

segunda-feira, 20 de agosto de 2018

Criatura do Mar Mustached antiga utilizou membros espinhosos para desmembrar a presa


Demorou mais de 100 anos, mas os pesquisadores finalmente chegaram a uma descrição científica de uma estranha criatura do tamanho de um polegar com olhos grandes, um bigode e remos com franjas para atravessar o oceano durante o período cambriano, cerca de 508 milhões. anos atrás. O antigo predador marinho parecido com camarão - conhecido como Waptia fieldensis - era um nadador com medalha de ouro. Enquanto atravessava a água, provavelmente usou seus membros frontais e espinhosos para capturar e destilar presas saborosas. Quando a pequena criatura fez uma pausa, provavelmente usou esses membros para se agarrar a estruturas, como esponjas.
 
"Achamos que a Waptia era uma nadadora capaz", disse o pesquisador-chefe do estudo, Jean Vannier, pesquisador sênior de geologia do Centro Nacional Francês para Pesquisa Científica, em um comunicado. "Com a ajuda de todos os seus órgãos sensoriais, teria caçado ativamente suas presas, agarrando-as entre seus elaborados apêndices [espinhosos], repousando talvez de vez em quando em esponjas. Infelizmente, nos faltam conteúdos intestinais reais para descobrir dieta exata ". [See images of Waptia fieldensis fossils and illustrations]

O paleontólogo norte-americano Charles Doolittle Walcott (1850-1927) descobriu pela primeira vez o W. fieldensis em 1909 no depósito Burgess Shale, rico em fósseis, da Colúmbia Britânica, no Canadá. Em uma breve descrição de 1912 da criatura, Walcott a chamou de "um dos mais belos e graciosos dos notáveis ​​crustáceos do Burgess Shale".
The thumb-size <em>W. fieldensis</em> was a powerful swimmer.

The thumb-size W. fieldensis was a powerful swimmer.
Credit: Copyright Royal Ontario Museum
No entanto, embora os cientistas tenham estudado diferentes aspectos de W. fieldensis no século passado - por exemplo, um fóssil de uma mãe de W. fieldensis carregando cerca de duas dúzias de ovos é o primeiro exemplo de cuidado com embriões preservados - nenhum cientista juntar uma descrição formal e detalhada do bicho. Assim, uma equipe de cientistas internacionais decidiu fazer exatamente isso, publicando seus resultados on-line na quarta-feira (20 de junho) na journal Royal Society Open Science.

Para investigar, a equipe examinou mais de 1.800 espécimes de W. fieldensis, observando imagens ampliadas do cérebro, apêndices e olhos fossilizados da espécie. Como um bônus adicional, a análise também mostrou como os bichos de olhos grandes desempenharam um papel fundamental na evolução dos artrópodes, o maior filo de animais vivos hoje, que inclui invertebrados, como insetos, aranhas e lagostas.
Na descrição de W. fieldensis, os pesquisadores notaram que a criatura tinha uma concha superior em forma de sela, ou carapaça. Ele também tinha olhos espreitados, um par de longas antenas que formavam uma espécie de bigode e apêndices de mastigação conhecidos como mandíbulas (então, também é chamado de mandibular).
<em>W. fieldensis</em> used its spiny front legs to grab and disembowel prey.

W. fieldensis used its spiny front legs to grab and disembowel prey.
Credit: Lars Fields/Copyright Royal Ontario Museum
Além disso, W. fieldensis é o primeiro artrópode cambriano registrado a ter mandíbulas com palpos preservados - apêndices que geralmente ajudam no toque e no paladar, disseram os pesquisadores. Também tinha outro apêndice bucal conhecido como maxilares que estão presentes em outras mandíbulas. Mas, surpreendentemente, não tinha um apêndice entre suas antenas e mandíbulas - uma condição vista apenas em mandíbulas terrestres, como centopeias e insetos, disseram os pesquisadores. Enquanto isso, mandíbulas marinhas, como crustáceos, têm um segundo par de antenas neste local.

"Nós pensamos até agora que a perda do segundo par de antenas estava relacionada com a modificação da cabeça durante a adaptação à vida em terra", disse Vannier. "A Waptia e seus parentes estão desafiando essa visão e levantam questões instigantes sobre a evolução da cabeça dos artrópodes." A criatura ostentava pás frágeis conhecidas como lamelas na parte inferior, o que a ajudou a nadar. Na sua extremidade traseira, W. fieldensis ostentava uma cauda semelhante a camarão.
Original article on Live Science.

terça-feira, 26 de junho de 2018

Oldest Known Jellyfish Fossils Found


Oldest Known Jellyfish Fossils Found

Fossil evidence of jellyfish dates back to the Cambrian Period, 500 million years ago. This fossil jellyfish shows similarity to the modern jellyfish, Cunina (right). It was one of four different types of jellyfish dated back to the Cambrian by researchers in 2007. These ancient jellyfish showed the same complexity as modern jellyfish, meaning they either developed rapidly 500 million years ago, or today’s varieties are much older.
Credit: Fossil photo by B. Lieberman. Cunina photo by K. Raskoff, copyright.
The oldest known fossils of jellyfish have been found in rocks in Utah that are more than 500 million years old, a new study reports.

The fossils are an unusual discovery because soft-bodied creatures, such as jellyfish, rarely survive in the fossil record, unlike animals with hard shells or bones.
"The fossil record is biased against soft-bodied life forms such as jellyfish, because they leave little behind when they die," said study member Bruce Lieberman of the University of Kansas.
These jellyfish left their lasting imprint because they were deposited in fine sediment, rather than coarse sand. The film that the jellyfish left behind shows a clear picture, or "fossil snapshot," of the animals.
"You can see a distinct bell-shape, tentacles, muscle scars and possibly even the gonads," said study team member Paulyn Cartwright, also of KU.

The rich detail of the fossils allowed the team to compare the cnidarian (the phylum to which jellyfish, coral and sea anemones belong) fossils to modern jellyfish. The comparison confirmed that the fossils were, in fact, jellyfish and pushed the earliest known occurrence of definitive jellyfish back from 300 million to 505 million years ago.

The fossils also offer insights into the rapid species diversification that occurred during the Cambrian radiation, which began around 540 million years ago and when most animal groups start to show up in the fossil record, Lieberman said.

The complexity of these early jellyfish seems to suggest that either the complexity of modern jellyfish developed rapidly about 500 million years ago, or that jellyfish are even older and developed long before that time.

sábado, 3 de março de 2018

 Cretaceous collagen: Can molecular paleontology glean soft tissue from dinosaurs?

Mary Schweitzer, of North Carolina State University, and her colleagues first reported the discovery of soft tissue in a Tyrannosaurus rex femur in 2005. The vial contains a sample of the bone. Credit: both: ©Science.

Mary Schweitzer, of North Carolina State University, and her colleagues first reported the discovery of soft tissue in a Tyrannosaurus rex femur in 2005. The vial contains a sample of the bone. Credit: both: ©Science.

In the early 1990s, “Jurassic Park” hatched a wild idea: that dinosaurs could be reincarnated using tiny amounts of preserved DNA. In the bestselling books and blockbuster movies, the premise hinged on extracting fragments of dinosaur DNA from ancient blood-sucking insects preserved in amber, filling in the genetic gaps with snippets of modern amphibian DNA and hatching the engineered dinosaurs out of ostrich eggs. In reality, however, while many amazing things have been found in fossilized tree sap, DNA isn’t one of them.

“Jurassic Park” fans saw a glimmer of hope in 2005, when a team of molecular paleontologists led by Mary Schweitzer of North Carolina State University reported finding soft tissue preserved inside a 68-million-year-old Tyrannosaurus rex femur. DNA is notoriously delicate, and dinosaur DNA itself has not been found — a possibility Schweitzer calls extremely unlikely since the oldest DNA recovered to date is less than a million years old and nonavian dinosaurs died out 66 million years ago. However, in the decade since that initial find, Schweitzer’s team has unearthed mounting evidence that soft tissues, such as blood vessels, collagen and other proteins, whose long, folded chains of amino acids make them much more robust than DNA, can survive more than 66 million years of degradation.

If 68-million-year-old dinosaur soft tissue can really be recovered — a claim that has been met with much skepticism — it may help paleontologists answer some long-standing questions about dinosaur physiology, such as whether the behemoths were cold- or warm-blooded. The existence of ancient preserved soft tissues would also change how we think about fossilization and the handling and storing of fossils: After all, if soft tissue can be recovered from ancient fossils, we need to be more careful in how we extract and preserve them. Living, roaring tyrannosaurs may not be the future, but perhaps molecular paleontology is.

An Accidental Find

Schweitzer working in a lab at Montana State University. Her team has found evidence for soft tissues in about one-third of the several dozen dinosaur specimens they have studied. Credit: Kelly Gorham, Montana State University. Schweitzer working in a lab at Montana State University. Her team has found evidence for soft tissues in about one-third of the several dozen dinosaur specimens they have studied. Credit: Kelly Gorham, Montana State University.
 
 
The young field of molecular paleontology was thrust into the international spotlight in 2005 when Schweitzer’s team announced in Science their discovery of T. rex soft tissue. The tissues were found by accident: After some broken femur fragments were dissolved in a weak acid solution, a scrap of oddly stretchy material was left over.

Under a microscope, the scrap showed what appeared to be bifurcating blood vessels, cellular structures similar to those found in bone cells of modern animals, as well as fibrous bone matrix tissue and small, round red structures resembling red blood cells. The 68-million-year-old tissue had all the hallmarks of collagen — the main component of connective tissue and one of the most abundant proteins in living animals. “When I first saw [the tissues], my first thought was, ‘Those aren’t supposed to be there.’ Back then, I didn’t think soft-tissue preservation was possible either,” Schweitzer says.
Credit: K. Cantner, AGI. Credit: K. Cantner, AGI.
As far as biomolecules go, collagen is tough, but nobody thought it could be that tough. The oldest nondinosaur collagen recovered to date came from a 3.5-million-year-old camel fossil found in the high Arctic of Canada. The unique geochemical conditions required for long-term preservation of proteins like collagen are still unknown. In fact, the process of fossilization in general remains somewhat mysterious, in part because the rigors of geologic time are impossible to reproduce in the lab. In conventional fossils, just hard parts such as bones, teeth and shells remain; soft parts are typically lost to predation or decay before being fossilized.

In exceptional cases, such as the fossils of the Burgess Shale in British Columbia, delicate soft-tissue structures, such as gills or stomach contents, are mineralized and preserved as rock, but what Schweitzer found was even stranger: actual soft tissue that had somehow escaped scavengers, rotting and the ravages of time for 68 million years.


“Living bone is made up of minerals plus organic matter,” Schweitzer says. After death, as the organics, such as collagen, degrade, they leave behind voids in the bone at the molecular level. During fossilization, those voids fill with minerals, which help preserve the bone for millions of years as a fossil. “The leaving of the organics is part of what allows the fossil to form,” she says. “But in reality, this textbook process of fossilization doesn’t explain all the various modes of fossilization we see, some of which we have no idea about how they happen.”

Repeatable Results

Many dinosaur fossils have been found in Montana, including the 68-million-year-old T. rex and an 80-million-year-old Brachylophosaurus canadensis in which Schweitzer’s team identified collagen, blood vessels, hemoglobin, the proteins actin and myosin, and molecules called histones that help package DNA. Credit: Mary Schweitzer. Many dinosaur fossils have been found in Montana, including the 68-million-year-old T. rex and an 80-million-year-old Brachylophosaurus canadensis in which Schweitzer’s team identified collagen, blood vessels, hemoglobin, the proteins actin and myosin, and molecules called histones that help package DNA. Credit: Mary Schweitzer.
 
Since their initial discovery in 2005, Schweitzer’s team has published dozens of studies identifying collagen, blood vessels, hemoglobin, the proteins actin and myosin, and molecules called histones that help package DNA, in the 68-million-year-old T. rex and in an 80-million-year-old hadrosaur, both found in Montana.

When identifying unusual tissues, Schweitzer starts with high-resolution light microscopy to examine samples for evidence of deep age: If tissues are actually many millions of years old, certain levels of damage are expected. “Does it look altered from a living tissue? Is it possible these are original molecules?” Schweitzer asks. Then, she turns to antibodies, which recognize and bind to certain types of proteins present in a sample. “Antibodies are extremely specific. If I can get a signal, then it justifies the added expense and destruction of [the sample required for] mass spectrometry sequencing,” she says. Mass spectrometry is the definitive method used to identify and characterize both modern and ancient proteins.

The team’s most recent study, published this year in the Journal of Proteome Research, revisited collagen they recovered from the hadrosaur. In a 2009 study, Schweitzer’s team identified three fragments, or peptides, from Type 1 collagen. Peptides are made up of amino acids — the building blocks of protein — and each of the fragments was about 15 amino acids long. As read by a mass spectrometer, the three fragments appeared to be similar to collagen 1 peptides found in living reptiles. For the 2017 study, the team worked with new samples from the same hadrosaur and used updated extraction methods and more sensitive mass spectrometry to identify eight peptides: six new and two that matched the 2009 fragments. The new fragments were found to line up most closely with collagen found in modern birds — the surviving dinosaurs.
The dinosaur bone at the base of the rock in the center of the image was found by Schweitzer’s team in Montana. Credit: Mary Schweitzer. The dinosaur bone at the base of the rock in the center of the image was found by Schweitzer’s team in Montana. Credit: Mary Schweitzer.
 
“This latest study is an effort to show that our data are repeatable,” Schweitzer says. “Everything was different, except for the source dinosaur. We worked in a different lab, with different instruments, using different extraction buffers and different analytical tools, and we still got the same sequences.”
Ideally, other groups would also validate the findings, but not many places are equipped to study such ancient proteins, says Elena Schroeter, a postdoctoral researcher at North Carolina State University and lead author of the 2017 study. “An important step in the scientific process is replication of data in other labs. That’s been one of our major problems: This is high-risk research, it’s hard to get funding, and it is very expensive,” she says. “You need to be able to dedicate a lab exclusively to ancient proteins to keep everything isolated, to avoid the possibility of cross-contamination, and not many places are set up for that.”

The new study is “the most convincing evidence I’ve seen yet that these proteins really are from dinosaurs,” says Enrico Cappellini, a professor of paleoproteomics at the Natural History Museum of Denmark in Copenhagen. “[Schweitzer’s] lab is very careful about contamination,” he says. “They’re doing everything right in keeping the ancient stuff totally separate from modern stuff. My inclination is that their data are authentic, but there’s still room for improvement. I can understand why many of my colleagues are not yet convinced.”
Bone cell (left) and red blood cells (right). The brown cells (in focus) are surrounded by a white fibrous matrix from the B. canadensis specimen that Schweitzer’s team studied. Credit: both: courtesy of Mary Schweitzer. Bone cell (left) and red blood cells (right). The brown cells (in focus) are surrounded by a white fibrous matrix from the B. canadensis specimen that Schweitzer’s team studied. Credit: both: courtesy of Mary Schweitzer.
 
Cappellini says he would like to see the extraction procedure simplified. Schweitzer’s technique “has a lot of steps, and with each step, you get a loss of peptides. With a less convoluted procedure, they might be able to recover a higher number [of peptides] and other labs might be able to follow the technique,” he says.

One of the most vocal critics has been Matthew Collins, a biochemist at the University of York in England who specializes in recovering ancient proteins. “Mary Schweitzer is either doing something very right or she’s doing something very wrong,” Collins says. At this point, the most convincing data would come out of an independent lab, he says. “I would be really happy if other labs could replicate [Schweitzer’s] data. [My lab has] tried and we’ve been unsuccessful. So far, they’re the only ones who have been able to do this.”

Much of the criticism from Collins and others involves questions about contamination, either from bacterial biofilms that invaded the fossil long ago and produced the soft-tissue-like materials, or from modern contaminants introduced in the lab. In May, Michael Buckley of the University of Manchester in England and his colleagues published a study in Proceedings of the Royal Society B that highlights the difficulties of discriminating dinosaur proteins from modern cross-contaminants. Buckley and his team extracted collagen from modern ostrich bone and identified protein sequences identical to those found by Schweitzer’s team in the hadrosaur in their January study and the tyrannosaur in the original 2005 study. The findings were “a bit suspicious,” Cappellini says. They mean “that either 80-million-year-old dinosaur proteins are identical to those found in modern ostriches or that [Schweitzer’s] lab was contaminated with ostrich proteins.”
Schweitzer’s team recovered soft tissue from a B. canadensis fossil found in Montana. Credit: Pedro Salas. Schweitzer’s team recovered soft tissue from a B. canadensis fossil found in Montana. Credit: Pedro Salas.
 
Schweitzer says it’s understandable that some of the hadrosaur proteins will be identical to those found in modern ostriches — because collagen is known to be a highly conserved molecule across a diverse array of species. Dinosaurs and their modern relatives — birds — could share some of the same protein sequences, she says. “Many molecules are conserved across species, over millions of years. They work, so they remain unchanged by evolution.” In fact, she says, some amount of sequence overlap would be expected, so the similarities between the hadrosaur and ostrich peptides don’t mean there was contamination in her team’s samples.

The limited availability of established protein sequences is one of the big challenges in this field, she says. “We are dealing with the limitations of an emerging discipline. When you have a 66-million-year-old protein, what do you compare it to?” Currently, Schweitzer’s team has to settle for comparing protein sequences to those of extant bracketing species such as birds and crocodiles. “But the databases are very limited for creatures that are not mammals. These animals [ostriches and crocodiles] were not represented in existing databases until we put them there. ”

Preserved by Iron?

Field emission scanning electron microscope images of demineralized ostrich bone matrix (left) versus B. canadensis bone matrix (right). Both show osteocytes (bone cells). Some of the ostrich proteins are identical to the B. canadensis proteins. Credit: both: courtesy of Mary Schweitzer. Field emission scanning electron microscope images of demineralized ostrich bone matrix (left) 
versus B. canadensis bone matrix (right). Both show osteocytes (bone cells). Some of the ostrich proteins are identical to the B. canadensis proteins. Credit: both: courtesy of Mary Schweitzer.
Schweitzer and her colleagues feel they have demonstrated that contamination isn’t undermining their sensational findings, but they have not yet figured out how ancient tissues can persist for millions of years. “That’s the million-dollar question. How on Earth is this possible?” says Tim Cleland, a molecular biologist at the Smithsonian’s Museum Conservation Institute in Washington, D.C., who has co-authored papers with Schweitzer, including the 2017 study.

“I have yet to hear a plausible explanation for how soft tissues can be preserved for this long,” Collins says, citing the huge leap of time from 3.5 million years to more than 66 million years. “The more I understand about it, the more difficult it is to believe it can happen,” he says. “There may be something very special about these fossils, but for me they’re defying basic chemistry and physics. I’d like to see better comprehension of what happens when proteins decay and how decay might be suspended indefinitely.”

In 2013, Schweitzer’s team offered a hypothesis: The preservative could be iron. Tissues from both the tyrannosaur and the hadrosaur they studied were found to be chock-full of iron nanoparticles. Iron is abundant in living organisms, especially in the blood, where it makes up part of the oxygen-transport protein hemoglobin. Iron is notoriously bioreactive, so much so that organisms must take biochemical precautions to prevent excess iron from causing tissue damage. But while iron can be detrimental to living tissues, it can act like a preservative in dead tissues, Schweitzer says.
“When a dinosaur dies, it has a boatload of iron in its blood and muscles. And when that iron is released into the carcass, it goes about cross-linking like crazy, tying proteins and cell membranes in knots, basically acting a lot like formaldehyde,” she says. Tissues treated with formaldehyde can sit in a jar on a shelf for decades, but decay is only delayed, not arrested. To demonstrate iron’s preservative capabilities, Schweitzer extracted blood vessels from modern ostrich bones and treated them with iron-rich hemoglobin. “The control [samples turned to] mush in three days, but the vessels exposed to hemoglobin are still sitting on a shelf in my lab at room temperature six years later,” she says. Collins says he remains skeptical. “Iron may slow down the decay process but it’s not clear how it could be arrested altogether,” he says.

Finding and Storing Soft Tissue

 The internal conditions of a carcass play a role in the initial stages of tissue preservation, but the external environment is crucial for fossilization. “Every fossil has its own unique geochemical environment,” Schroeter says. And while paleontologists have a good idea where they should look for dinosaur fossils — in Mesozoic sedimentary rocks, usually in hot, dry places such as eastern Montana and northeastern Utah — they’re still figuring out what conditions are more likely to support fossils with pres The internal conditions of a carcass play a role in the initial stages of tissue preservation, but the external environment is crucial for fossilization. “Every fossil has its own unique geochemical environment,” Schroeter says. And while paleontologists have a good idea where they should look for dinosaur fossils — in Mesozoic sedimentary rocks, usually in hot, dry places such as eastern Montana and northeastern Utah — they’re still figuring out what conditions are more likely to support fossils with preserved soft tissues and how much might exist. “It’s an open question, how much of this [soft-tissue] material is out there,” Cleland says. Soft tissue in dinosaur fossils is rarely found, but that may be because “people rarely look” for it, Schroeter says. Credit: K. Cantner, AGI; inset figures modified from Schweitzer et al., Proceedings of the Royal Academy B, 2006.
 
It may be more common than we realize, Schweitzer adds. Her team has found evidence for soft tissue in about a third of the several dozen specimens they have studied. “We will probably find more if we look more,” she says.

Schweitzer’s team has been working on formulating a profile of burial environments that seem to be conducive to protein preservation. “Fossils that are found in sandstone seem to have better preservation than those that come from shale or claystone, but we don’t really know why that is yet,” Cleland says. “The only thing we know for sure is that the carcass needs to be buried very quickly after death.” The dinosaurs that Schweitzer’s team has worked with have been found partially articulated — a sign that the carcasses were not pulled apart by scavengers.
“You have to be pretty lucky to find a well-preserved dinosaur bone, let alone a whole dinosaur,” Schroeter says. “There’s a huge range of preservation out there. Some fossils have perfect histological structure and look just like pristine bone in terms of their microstructure, while other fossils look just like rocks.”

Once fossilized materials are removed from the ground, whatever equilibrium they were in can be disrupted. In an effort to preserve any remaining soft tissues and prevent contamination, Schweitzer’s team has developed a new approach to excavating and handling fossils. “It’s best to keep the fossils in the sediment they were in until you get them into a controlled lab setting,” Schweitzer says, even though this sometimes results in massively jacketed fossils that are a logistical nightmare to transport. “We can remove the fossil wearing gloves, without using any glues, using sterile instruments and containers in an isolated lab.”
To preserve soft tissue and prevent contamination, Schweitzer’s team wraps dinosaur fossils in massive plaster jackets and transports them — however cumbersome they are — back to the lab, where researchers can remove the fossil using sterile gloves, instruments and containers. Credit: Ken Lacovara. To preserve soft tissue and prevent contamination, Schweitzer’s team wraps dinosaur fossils in massive plaster jackets and transports them — however cumbersome they are — back to the lab, where researchers can remove the fossil using sterile gloves, instruments and containers. Credit: Ken Lacovara.
 
Then, instead of being stored in museum drawers where they might be contaminated, the fossils are kept in sterile glass jars, in special cabinets isolated from other fossils or modern samples, in a room far removed from other specimens. The team is also developing better techniques for storing these samples long term. “Technology gets better and more sensitive by leaps and bounds all the time,” Cleland says. “We want these samples to be around in [a decade] and even longer.”

Constructive Results From Destructive Sampling

Testing for proteins requires destructive sampling, in which bits of the fossils are inevitably destroyed. “Plenty of curators aren’t big fans of destructive sampling,” Schroeter says. “I’d really like to test more specimens, but it can be hard to get people to let you grind up their fossils.”
Paleontology has long relied on scant clues gleaned from bones turned to stone, and the possibility of introducing molecular techniques into the field is tantalizing to some researchers. “Part of the power of molecular paleontology is the ability to look at dinosaurs from a different angle,” Schroeter says. “Morphology can get you pretty far, but there are a lot of things that bones can’t tell you.”
Even skeptics agree that molecular paleontology has great potential. “If soft-tissue preservation is possible, it would open vast areas of the fossil record to molecular analysis,” Collins says. “Honestly, I really hope [Schweitzer] is right.”
Many scientists are loathe to allow even tiny pieces of fossil, like this piece of rib from a Lufengosaurus, a sauropod, to be destroyed — a necessary process for molecular paleontology. Credit: Lee et al., Nature Communications, 2017.Many scientists are loathe to allow even tiny pieces of fossil, like this piece of rib from a Lufengosaurus, a sauropod, to be destroyed — a necessary process for molecular paleontology. Credit: Lee et al., Nature Communications, 2017.
A molecular approach could answer long-standing questions about the physiology of dinosaurs, such as how they regulated body temperature, how their cardiovascular systems were able to support such large creatures, and how they grew and reproduced, as well as resolve how various species were related to one another, how they spread around the planet, and how some lines evolved into birds. But the field has a long way to go.

One of the biggest hurdles is the difficulty of proving endogeneity — that the proteins recovered come from a dinosaur and not a bacterial or modern source (see sidebar, page 45). “When you are testing fossils, it is critical to use multiple methods to examine and reexamine, test and retest different aspects of the molecules we think we’re recovering,” Schweitzer says. “To get the field moving forward, we need to come to a consensus on which methods are the most efficient, and which methods can tell us the most with the least amount of [sample] destruction.”

Other teams have developed methods of testing for ancient preserved proteins that don’t require destructive sampling, but the methods’ reliability is uncertain and they provide limited information about samples. For example, Yao-Chang Lee of the National Synchrotron Radiation Research Center and National Central University in Taiwan and colleagues published a study in Nature Communications this year in which they claim to have recovered collagen from a 195-million-year-old long-necked Lufengosaurus. The researchers described using nondestructive infrared spectroscopy to identify the protein. But there’s a flaw with this method, Cappellini says. “With this technique, you can see a chemical signature of what might be a protein, but it’s not a clear fingerprint like you get with mass spectrometry.” And that’s just not good enough, he says. “On controversial samples this ancient, it’s necessary to have unquestionable evidence.”

The Future Could Be Molecular

Recep Avci (standing) and Jahson Suo look at images of soft tissue from dinosaurs under a microscope. Credit: Kelly Gorham, Montana State University. Recep Avci (standing) and Jahson Suo look at images of soft tissue from dinosaurs under a microscope. Credit: Kelly Gorham, Montana State University.
 
After weathering years of controversy, Schroeter says she is beginning to feel like a mouse running endlessly on a wheel: “Some of us in Mary’s lab feel like we’re stuck continuously arguing that these proteins can persist, even though we’ve shown repeatedly that they do,” she says. “We want to get beyond these same arguments and focus on what we can learn from these tissues.”

Schweitzer says she chooses to respond to her critics by working harder. “The doubters push me to do everything the best I can do it,” she says. “I want to make this work last for the ages.” Neither Schweitzer nor Schroeter are holding their breath for a single piece of evidence that will satisfy their critics once and for all. “When making a scientific argument ... you want a bunch of different lines of evidence that all point toward the same thing,” Schroeter says.
Whether it’s finding blood vessels from hadrosaurs, like this Saurolophus (right), or determining the colors of feathers on dinosaurs like the Jiangxisaurus (left), researchers hope molecular paleontology can reveal many long-kept dinosaur secrets. Credit: right: L. Xing and Y. Liu, PLOS ONE, CC BY 2.5; above: Danny Cicchetti, CC BY 3.0. Whether it’s finding blood vessels from hadrosaurs, like this Saurolophus (right), or determining the colors of feathers on dinosaurs like the Jiangxisaurus (left), researchers hope molecular paleontology can reveal many long-kept dinosaur secrets. Credit: right: L. Xing and Y. Liu, PLOS ONE, CC BY 2.5; above: Danny Cicchetti, CC BY 3.0.
 
Interest in the field is growing, but the number of labs set up for this kind of work remains limited, Schroeter says. “Paleontology has always been a little slow on the uptake in adopting new technology, but as more young people get interested, they’ll bring their tech savvy,” she says. “To be competitive, you have to constantly be thinking of new questions, new approaches, new ideas. This is how we’re going to raise the bar for paleontology.”

Can preserved proteins reveal paint-by-numbers plumage?

Fossil feathers highlight one of the biggest challenges for molecular paleontology: proving that structures or tissues are endogenous and not modern or bacterial contamination. Left: Transmission electron microscopy image of a brown chicken feather, used as a modern control for fossil feathers. Right: Fossilized feather of Gansus yumenensis. Credit: left: Alison Moyer; right: Becky Kirkland. Fossil feathers highlight one of the biggest challenges for molecular paleontology: proving that structures or tissues are endogenous and not modern or bacterial contamination. Left: Transmission electron microscopy image of a brown chicken feather, used as a modern control for fossil feathers. Right: Fossilized feather of Gansus yumenensis. Credit: left: Alison Moyer; right: Becky Kirkland.
Some of the most compelling dinosaur fossils are those found with clearly defined feathers. Feathers may seem fragile and unlikely to be preserved, but in fact they’re composed of durable keratin, one of the toughest natural proteins. Additionally, some fossil feathers unearthed are speckled with tiny black dots, which, according to different studies, could be remnants of either bacteria or melanosomes. Melanosomes are organelles that produce and store melanin, the main source of pigment in feathers. If melanosomes are indeed preserved in some ancient fossils, they could reveal information about dinosaur coloration and plumage — and represent further evidence of preserved proteins in dinosaurs.

Fossil feathers highlight one of the biggest challenges for molecular paleontology: proving that structures or tissues are endogenous and not modern or bacterial contamination. Melanosomes “are identical in size and shape to bacteria,” and “both bacteria and melanosomes can be present in the same microscopic viewing field,” says Alison Moyer, a molecular biologist at Drexel University in Pennsylvania. That means scientists “can’t assume that structures are melanosomes and then use that data to make further assumptions about the animal’s appearance and lifestyle.” The good news, she says, is that researchers have the capability to identify melanosomes; the bad news is that the technique is complicated, time-consuming and expensive.

In modern bird feathers, melanosomes are encased in keratin. In 2016, Yanhong Pan of the Chinese Academy of Sciences and colleagues published a study in Proceedings of the National Academy of Sciences in which they differentiated melanosomes encased in keratin from similar looking bacteria. “That should be the gold standard for melanosome studies,” says Johan Lindgren, a molecular paleontologist at Lund University in Sweden. “But too often people skip that step and go straight to coloration.” For molecular paleontology to move forward with confidence, more standards are needed, Lindgren says. “The field is so new that we haven’t developed common standards that all scientists use,” he says. “Each research team has their own standards, which can range from simply looking at the morphology to full-blown molecular comparisons.”
The stronger the standards, the better the evidence will be, says Mary Schweitzer, a molecular paleontologist at North Carolina State University. People accept that scientists can recover proteins when they relate to color but not that scientists can recover proteins when it relates to soft tissues, like collagen, she adds. It “highlights the unequal application of standards.”
As to whether we’ll ever have a complete picture of dinosaur plumage in full color, Lindgren says, “never say never.” However, melanin is only one factor determining coloration, with other pigments and structurally derived colors — those generated by microscopic surface structures that create iridescent colors — also playing a role. “It’s hard to know how much information can be preserved,” he says. “True dinosaur coloration may be lost to time.”

Mary Caperton Morton

Mary Caperton Morton
Morton (https://theblondecoyote.com/) is a freelance science and travel writer based in Big Sky, Mont., and an EARTH roving correspondent.
Monday, October 16, 2017 - 06:00

Mary Caperton Morton

Mary Caperton Morton
Morton (https://theblondecoyote.com/) is a freelance science and travel writer based in Big Sky, Mont., and an EARTH roving correspondent.

sábado, 16 de maio de 2015

 O Folhelho Burgess ou Burgess Shale

O Folhelho Burgess ou Burgess Shale  é um sítio fossilífero das Rochosas localizado em Colúmbia Britânica, Canadá, e é considerado uma das principais jazidas de fósseis do mundo. Contém grande número de fósseis do período Cambriano médio extraordinariamente preservados, incluindo vários tipos de invertebrados e também os animais dos quais evoluíram os cordados, como o Pikaia, advindo daí a sua extrema importância na paleontologia. Folhelho Burgess foi o termo informal que Charles Walcott usou para se referir a unidade fossilífera, que mais tarde passou a ser aplicada mais amplamente para descrever o tipo de agrupamento de fósseis que é encontrado na pedreira de Walcott.

O sítio fossilífero pertence a formação Stephen, que possui uma parte "fina" e outra "grossa", alguns pesquisadores consideram que a parte "fina" deva ser separada como formação Folhelho Burgess. Abaixo, algumas espécies presentes na exposição História da Vida da época da Fauna de Burgess Shale, ou seja, período Cambriano.

quarta-feira, 13 de maio de 2015

A explosão Cambriana

Há cerca de 530 milhões de anos, um vasta variedade de animais apareceu repentinamente no cenário evolutivo em um evento denominado A Explosão Cambriana. Em possivelmente mais ou menos 10 milhões de anos, animais marinhos evoluíram a maioria dos formatos básicos de corpo que vemos hoje em grupos modernos. Entre os organismos preservados em fósseis desse tempo há parentes de crustáceos e estrelas-do-mar, esponjas, moluscos, vermes, cordados e algas, exemplificados por esse táxon do Xistos de Burgess.
Uma "Explosão"? O termo “explosão” pode ser um pouco inadequado. A vida Cambriana não se desenvolveu num piscar de olhos, ela foi precedida por muitos milhões de anos de evolução e muito do filo dos animais na verdade divergiram-se durante o Pré Cambriano. Os animais do Cambriano não apareceram do nada. Fósseis animais de antes do Cambriano foram encontrados. Há mais ou menos 575 milhões de anos, um estranho grupo de animais conhecido como fauna de Ediacara viveu nos oceanos. Apesar de não sabermos muito sobre a fauna de Ediacara, pode ser que nos ancestrais das linhagens que identificamos da explosão Cambriana houvessem alguns desses animais. Divergência importante ocorreu no Pré-cambrianoDivergência importante ocorreu no pré Cambriano1.

Ediacarans enigmática: fósseis pré-cambrianas que são difíceis de classificar
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1After Wang, D.Y.-C., Kumar, S. & Hedges, S.B. (1999) Divergence time estimates for the early history of animal phyla and the origin of plants, animals and fungi. Proceedings of the Royal Society of London: Biological Sciences 266, no. 1415 (1999): 163
A origem dos organismos multicelulares: Transição Ediacara e Burgess Shale
     
1 – EVOLUÇÃO DA VIDA
 
Embora a terra tenha 4,6 bilhões de anos, a vida só surgiu por volta dos 3,5 bilhões de anos após o esfriamento e estabilização da crosta terrestre.
 
A história da vida não se desenvolveu de forma contínua, pelo contrário, é marcada por registros interrompidos em breves (e as vezes instantâneos – em termos geológicos) episódios de extinção em massa, seguidos de diversificação. O surgimento da vida e os episódios de extinção e diversificação só se tornaram conhecidos através de fortes marcas no registro fóssil.
 
Os primeiros registros de vestígio de vida foram encontrados na África e Austrália; os estromatólitos, ou seja, camadas de sedimentos capturados e aglutinados pelas células procarióticas (bactérias e cianofícias). Estas camadas se acumulavam umas sobre as outras, à medida que as marés as soterravam e provocavam mudanças em sua superfície.
 
Os estromatólitos e os organismos procarióticos que os produziram dominaram o registro fóssil em todo o mundo durante mais de 2 bilhões de anos. As primeiras células eucarióticas no registro fóssil data-se de 1,4 milhões de anos, assinalando um grande aumento na complexidade da vida.
Todavia os animais multicelulares não surgiram logo após o desenvolvimento das células eucarióticas; os multicelulares apareceram pela primeira vez pouco antes da ocorrência da explosão cambriana, há cerca de 570 milhões de anos. Os primeiros multicelulares são membros de uma fauna distribuída por todo o mundo - Ediacara, que recebeu o nome de seu afloramento mais famoso, situado na Austrália.

Fig. 1  – Classificação de Seilacher para os organismos de Ediacara, de acordo com suas variações em torno de um único plano anatômico achatado e semelhante a um acolchoado. Estes Organismos são, tradicionalmente, colocados em diversos filos modernos.
 
A fauna Ediacara é inteiramente desprovida de partes duras e foi considerada como representantes primitivos de grupos modernos, na maioria das vezes como membros do filo dos celenterados, incluindo também anelídeos e artrópodes. Esta fauna tem importância especial por ser o único vestígio de vida multicelular anterior a grande linha divisória que separa o Pré-cambriano do Cambriano, um limite marcado pela explosão Cambriana de grupos modernos dotados de partes duras.
 
No início da década de 1980 o paleontólogo Dolf Seilacher propôs outras interpretações para a fauna Ediacara. Em sua argumentação baseada em dados funcionais, esta criaturas não poderiam ter operado da mesma forma que seus supostos equivalentes modernos e que, portanto, a despeito de alguma semelhança na forma exterior, eles não podem ser associados a nenhum grupo existente, pois apresentavam uma estrutura achatada dividida em seções unidas por entrelaçamentos, talvez formando um esqueleto hidráulico semelhante a um colchão de ar. Como esse design não corresponde a nenhum plano anatômico moderno, Seilacher conclui que a s criaturas de Ediacara representam um experimento inteiramente distinto em matéria de vida multicelular, que acabou fracassando e foi eliminado numa extinção, anteriormente não reconhecida, ocorrida no final do Pré-cambriano, visto que estes elemento não sobreviveram até o Cambriano.
 
A hipótese de Seilacher quanto a fauna Ediacara ainda não foi comprovada, mas não há dúvida de que Ediacara desapareceu por completo e não se sabe o por que.
A primeira fauna da explosão Cambriana, de organismos com partes duras são chamados de Tommotiana, em homenagem a uma localidade da Rússia mas encontradas em todo o mundo. Contem criaturas nas quais se pode identificar design moderno, embora a maioria apresente minúsculas lâminas, taças e barretes, com enorme disparidade entre a “pequena fauna conchosa”. Talvez ainda não tivesse ocorrido uma calcificação eficaz e as criaturas Tommotianas fossem ancestrais que ainda não tinham desenvolvido esqueletos completos e apenas depositavam pequenos pedaços de matéria mineralizada em diferentes partes de seus corpos.
 

Fig 2. – Organismos de afinidade desconhecida representativos da “pequena fauna conchosa” do Cambriano (Rozanov, 1986). A) Tommotia. B) Hyolithellus. C) Lenargyrion.
 
As rochas Tommotianas abrigam uma imensa variedade de minúsculos fósseis que não podem ser classificados em nenhum grupo moderno. Talvez eles sejam apenas representantes sem maior importância de uma era de esqueletização primitiva e ainda imperfeita, que apresentavam anatomias singulares que surgiram no início da história da vida e desapareceram logo, sendo posteriormente substituídos pelos Trilobitos, no final da explosão Cambriana.
 
Num período geológico de 100 milhões de anos três faunas radicalmente diferentes existiram, as criaturas de Ediacara, grandes, com corpos moles e achatados como panquecas; as minúsculas taças e barretes Tommotianas; e finalmente, a fauna moderna, culminando em Burgess com o limite máximo de diversidade anatômica.
 

Fig. 3 – Ilustração mostrando algumas das fotografias de organismos de Burgess que aparecem na monografia, publicada por Walcott em 1912, sobre os artrópodes. As fotografias foram bastante retocadas. Canadaspis está no alto, à esquerda; Leanchoilia aparece embaixo.
 

Fig. 4 – A melhor fotografia sem retoques jamais tirada de um organismo de Burgess Shale. Des Collins tirou esta foto de Naraoia, preservado em vista lateral. Este espécime não veio da pedreira de Walcott e sim de uma das várias outras localidades com mesma área. Os espécimes da pedreira de Walcott não permitem uma fotografia assim tão boa.

2 – BURGESS E SUA IMPORTÂNCIA.
Clique aqui para ver detalhes de exemplares da fauna do Burgess.
 
O folheto de Burgess foi descoberto no alto das Montanhas Rochosas Canadenses, no interior do Parque Nacional de Yoho, próximo à fronteira oriental da Colúmbia Britânica, em 1909, por Charles Doolittle Walcott – maior paleontólogo dos EUA. (fig. 5 ).
Esse folheto possui os fósseis de animais invertebrados mais importantes do mundo. Como nossos registros fósseis limitam-se quase que exclusivamente á história das partes duras; a maioria dos animais tem somente partes moles e o revestimento externo não revela muita coisa sobre a anatomia interna dos organismos – temos aí a explicação para a tamanha importância de Burgess: os fósseis de Burges são preciosos porque preservaram com primorosos detalhes as partes moles dos organismos (ex: filamentos branquiais de um trilobito, última refeição no intestino de um verme...).
 
Os fósseis de Burgess Shale são a única fonte ampla e bem documentada sobre um dos acontecimentos mais cruciais da história da vida animal: o primeiro florescimento da explosão cambriana.
 
O começo da Era Paleozoica marca um intenso processo de diversificação – a “explosão cambriana” ou o primeiro aparecimento, no registro fóssil, de animais multicelulares com partes duras. A importância de Burgess Shale está também em sua relação com esta etapa fundamental da história da vida. A fauna de Burgess não se situa dentro da explosão propriamente dita. Ela registra um momento logo depois, há cerca de 530 milhões de anos, antes que a implacável tesoura da extinção tivesse feito muitos estragos e, por conseguinte, quando os resultados do processo de diversificação ainda podiam ser vistos em toda a sua variedade. Sendo a única grande fauna de organismos de corpo mole desses tempos antigos, Burgess Shale nos proporciona um inigualável panorama do início da vida moderna em toda a sua plenitude.
 

Fig. 5 – Três vistas das pedreiras de Burgess Shale tomadas em agosto de 1987. A) A extremidade norte a pedreira Walcott, com o monte Wapta ao fundo. B) Vista similar da pedreira aberta por Percy Raymond em 1930.
 
Primeiramente, Walcott interpretou os fósseis de Burgess de forma equivocada. Ele forçou a inclusão de todos os animais de Burgess Shale em algum grupo moderno, considerando-os coletivamente como versões primitivas ou ancestrais de formas posteriores mais aperfeiçoadas (fig. 6).

Fig. 6 – Reconstituição da fauna de Burgess Shale feita por Charles R. Knight em 1940, a qual provavelmente serviu de modelo para suas ilustrações de 1942. Todos os animais foram desenhados como membros de grupos modernos. Acima de Sidneyia, o maior animai do cenário, Waptia é reconstituído como um camarão. Duas partes que na verdade pertencem ao estranho Anomalocaris são representadas respectivamente como uma medusa comum (no alto, à esquerda do centro) e como a extremidade posterior de um artrópode bivalve (a criatura grande, à direita do centro, nadando acima de dois trilobitos).
 
Posteriormente, em 1971, Harry Whittington fez uma interpretação radicalmente diferente não só da fauna de Burgess mas (por implicação) de toda a história da vida, incluindo nossa própria evolução. Ele demonstrou que a maioria dos organismos de Burgess não pertencem a grupos conhecidos e que as criaturas desta única pedreira da Colúmbia Britânica provavelmente excedem, em diversidade anatômica, todo o espectro da fauna de invertebrados existentes nos oceanos modernos (fig 7).
 

Fig. 7 -Uma moderna reconstituição da fauna de Burgess, ilustrando um artigo de Briggs e Whittington sobre o gênero Anomalocaris. Ao contrário do desenho de Charles Knight, este apresenta organismos bizarros. Sidneyia foi transferido para o canto inferior direito e o cenário é dominado por dois espécimes do grande Anomalocaris. Três Aysheaia, comem esponjas ao longo da borda inferior, à esquerda de Sidneyia. Um Opabinia rasteja pelo fundo, logo à esquerda de Aysheaia, e dois Wiwaxia alimentam-se no fundo do mar, abaixo do Anomalocaris em posição mais elevada.
 
Comparando a reconstituição da fauna de Burgess Shale feita por Charles R. Knight (fig. 6) baseada inteiramente na classificação de Walcott, com a que acompanha um artigo publicado em 1985, defendendo um outro ponto de vista (fig. 7) verifica-se que:
1) Na reconstrução de Knight o elemento central é uma animal denominado Sidneyia, o maior dos artrópodes de Burgess conhecido por Walcott. Na versão moderna, Sidneyia foi enxotado para o canto inferior direito e seu lugar ocupado por Anomalocaris, o terror dos mares Cambrianos – com mais de 60 centímetros de comprimento – e um dos “inclassificáveis” de Burgess Shale.
 
2) Knight reconstitui cada animal como se fosse membro de um grupo bem conhecido que, posteriormente tivesse alcançado um grande sucesso. Marrella é reconstituído como um trilobito e Waptia como um protocamarão. A versão moderna apresenta alguns filos singulares – o grande Anomalocaris; Opabinia, com seus 5 olhos e um “focinho” frontal; e Wiwaxia, com seu revestimento de escamas e 2 fileiras de espinhos dorsais.
 
3 As criaturas de Knight seguem a convenção do “reino pacífico”. Estão todas aglomeradas numa harmonia aparente baseada na tolerância mútua; eles não interagem. A versão moderna mantém o ajuntamento irreal (um costume necessário, a bem da economia de espaço) mas retrata as relações ecológicas reveladas por pesquisas recentes: priapulídeos e vermes poliquetas enterram-se no lodo; o misterioso Aysheaia alimenta-se de esponjas; Anomalocaris everte suas mandíbulas e tritura um trilobito.
 
4) Considere o Anomalocaris como um exemplo da revisão de Whittington Knight inclui animais omitidos na reconstituição moderna: uma medusa e um estranho artrópode que parece ser a extremidade posterior de um camarão com a frente recoberta pela concha de um bivalve. Ambos representam erros cometidos na tentativa de forçar a inclusão dos animais de Burgess nos grupos modernos. A “medusa” de Walcott revelou-se um pequeno círculo de placas ao redor da boca de Anomalocaris e a extremidade posterior do seu “camarão” nada mais é que um apêndice alimentar deste mesmo predador. O que Walcott considerava serem os protótipos de dois grupos modernos veio a se converter em partes do corpo do maior e mais esquisito dos animais de Burgess.

3 – O CENÁRIO DE BURGESS SHALE: Os meios de preservação
 
Segundo uma velha piada paleontológica, “a evolução dos mamíferos é uma história de dentes se acasalando com outros dentes para dar origem a dentes ligeiramente modificados”. Isso porque a maioria dos fósseis de mamíferos são conhecidos apenas através de seus dentes porque, como o esmalte é muito mais resistente do que os ossos normais, os dentes permanecem quando tudo o mais tiver sucumbido à ação do tempo geológico.
 
Como condição prévia para a preservação das faunas de organismos de corpo mole sobressaem 3 fatores (raramente encontrados ao mesmo tempo):
 
1) Rápido sepultamento dos fósseis em sedimentos não agitados.
 
2) Deposição num ambiente isento dos agentes normalmente responsáveis por sua destruição imediata – essencialmente o oxigênio e outros fatores que promovem a deteriorazação, bem como a variedade de organismos, de bactérias e animais que se alimentam de cadáveres, os quais rapidamente eliminam a maioria das carcaças em quase todos os ambientes deste planeta.
Ambientes desprovidos de oxigênio são excelentes para a preservação das partes moles: nenhuma oxidação, nenhuma decomposição por bactérias aeróbicas. Tais condições são comuns em nosso planeta, particularmente em massa de água estagnada. Entretanto, as próprias condições que promovem a preservação também estabelecem que poucos organismos irão viver nesses lugares. O melhor ambiente, portanto nada contém para ser preservado.
 
3) Mínimo despedaçamento resultante de danos causados por calor, pressão e erosão.
Walcott encontrou quase todos os seus espécimes aproveitáveis numa camada de folheto com apenas 2,1 a 2,4 metros de espessura, que ele chamou de “leito filópode” – pés em forma de folhas. Ele escolheu este nome em homenagem a Marrella, o mais comum organismo de Burges.
Com a altura pouco maior que a de um homem e comprimento menor que o de um quarteirão, como foi possível que tamanha riqueza tivesse se acumulado num espaço tão diminuto?
Pesquisas recentes esclareceram a geologia desta complexa área e fornecem um cenário plausível para a formação do sedimento que preservou a fauna de Burgess:
Os animais de Burgess Shale provavelmente viveram sobre bancos de lama formados ao longo da base de um paredão maciço e quase vertical, chamado Talude Catedral – um recife constituído basicamente por algas calcárias (os corais formadores de recifes ainda não tinham evoluído). Esse habitats de águas moderadamente rasas, adequadamente iluminadas e bem aeradas, geralmente abrigam faunas marinhas típicas com alta diversidade.
 
O caráter típico do ambiente de Burgess deveria excluir qualquer possibilidade de preservação de organismos de corpo mole. Embora uma boa iluminação e aeração possam estimular o desenvolvimento de uma fauna altamente diversificada, essas mesmas condições também promovem uma rápida atuação de animais que se alimentam de cadáveres e dos processos de decomposição. Par serem preservados como fósseis de corpo mole esses animais tinham de ser removidos para algum outro lugar. Talvez os bancos de lama acumulados sobre as paredes do talude tenham se tornado espessos e instáveis. Pequenos tremores de terra poderiam ter provocado “correntes lodosas” e impelido nuvens de lama (contendo os organismos de Burgess) talude abaixo, as quais poderiam ter-se depositado em depressões adjacentes estagnadas e desprovidas de oxigênio.
 
A distribuição exata dos fósseis de Burgess confirma a idéia de que eles foram preservados graças a um deslizamento de lama localizado. Outras características dos fósseis nos conduzem à mesma conclusão: pouquíssimos espécimes apresentam sinais de deterioração o que sugere um rápido soterramento; nenhum rastro, pista ou qualquer outro vestígio de atividade orgânica foi encontrado nos leitos de Burgess, indicando assim que os animais morreram e foram soterrados pela lama tão logo chegaram ao local em que forma fossilizados.

4 – AVALIAÇÃO DAS RELAÇÕES GENEALÓGICAS DOS ORGANISMOS DE BURGES
As inferências evolutivas e genealógicas baseiam-se no estudo e no significado de semelhanças e diferenças. As similaridades assumem diferentes formas: algumas servem para orientar as inferências genealógicas; outras representam armadilhas e perigos para fazer a distinção entre um tipo e outro, é fundamental fazer uma rígida distinção entre semi claridades devidas simplesmente à herança de características presentes em ancestrais comuns (homologia) e semelhanças originadas através da evolução independente de estruturas anatômicas que desenvolveram a mesma função (analogia).
 
Tivemos tão pouco êxito na reconstrução das genealogias de Burgess porque cada espécies surgiu através de um processo não muito diferente da montagem de uma refeição a partir de um gigantesco cardápio chinês à velha moda: um item da coluna A, dois da B, com muitas colunas e longas listas em cada coluna.
 
São duas as razões pelas quais temos a capacidade de reconhecer grupos coerentes entre os artrópodes posteriores. Primeiro, as linhagens perderam essa potencialidade genética original para o recrutamento de cada uma das principais partes do corpo a partir de muitas possibilidades latentes. Em segundo lugar, a remoção da maioria das linhagens, através de extinção, deixou apenas uns poucos sobreviventes, com grandes lacunas intermediárias (fig. 8).
 

Fig. 8 – Uma árvore evolutiva hipotética refletindo uma visão da história da vida sugerida pela reinterpretação da fauna de Burgess. O desaparecimento da maior parte dos grupos, em decorrência de extinções, deixa grandes lacunas morfológicas entre os sobreviventes. A linha tracejada representa a época de Burges Shale, quando a disparidade estava próxima de seu nível máximo.
A irradiação dessas poucas linhagens sobreviventes (produzindo uma grande diversidade de espécies com uma reduzida disparidade total) deu origem aos grupos distintos que hoje conhecemos como filos e classes.

5 – DISPARIDADE SEGUIDA DE DIZIMAÇÃO: UMA REGRA GERAL.
Se os componentes de corpo mole nunca tivessem sido encontrados, Burgess Shale seria uma fauna inteiramente comum do Cambriano Médio, com cerca de 33 gêneros. Ela contém um rico conjunto de esponjas e algas, sete espécies de braquiópodes, 19 espécies de trilobitos comuns com partes duras, 4 espécies de equinodermos, e 1 ou 2 de moluscos e celenterados. Uma parte dos organismos de corpo mole são membros legítimos de grupos maiores, elevando a biota total para cerca de 120 gêneros.
 
Burgess Shale apresenta uma amplitude de disparidade no design anatômico que jamais voltou a ser igualada, nem mesmo por todas as criaturas de todos os oceanos modernos (fig. 9 ). A história da vida multicelular tem sido governada pela dizimação de um grande estoque inicial, gerado rapidamente na explosão Cambriana. Os últimos 500 milhões de anos se caracterizaram pela ocorrência de redução seguida proliferação no âmbito de uns poucos designs estereotipados, e não por um aumento generalizado nos limites de variação e na complexidade como sugere o cone da diversidade crescente.
 

Fig. 9 – Uma reconstrução recente da fauna de Burgess Shale (Conway Morris e Whittington, 1985), mostrando a nova interpretação de Anomalocaris (24), e o grande tamanho desta criatura em relação às outras. Observe os esxtranhos Opabinia (8), Dinomischus (9) e Wiwaxia (23); e os artrópodes Aysheaia (5), Leanchoilia (6), Yohoia (11), Canadaspis (12), Marrella (15 e Burgessia (19).

6 - BURGESS SHALE COMO UMA AMOSTRA REPRESENTATIVA DO CAMBRIANO.
 
Burgess Shale nos proporciona uma lição de caráter geral e modifica completamente nossas concepções habituais a respeito da história da vida porque muitos aspectos dessa fauna trazem a nítida marca da convencionalidade. Suas criaturas alimentam-se e movem-se da maneira usual, toda a comunidade mostra-se compreensível em termos modernos, a um ecólogo prático; elementos chave da fauna aparecem também em outras localidades e verificamos que Burges representa o mundo normal dos tempos do Cambriano e não uma bizarra gruta marinha da Colúmbia Britânica.

7 – OS DOIS GRANDES PROBLEMAS DE BURGES SHALE
 
A revisão de Burgess Shale coloca dois grandes problemas a respeito da história da vida.
Primeiro, como foi possível especialmente (à luz das nossas concepções usuais acerca da evolução, encarando-a como um fenômeno grandioso) que essa disparidade surgisse tão rapidamente?
 
E, segundo, se a vida moderna é resultado da dizimação de Burgess, quais aspectos da anatomia, que atributos da função, e quais alterações ambientais determinaram quem iria vencer e quem estava condenado a perecer?
Em suma, primeiro a origem e, depois, a sobrevivência e a propagação diferenciada.
 
A ORIGEM DA FAUNA DE BURGES SHALE
Existem três grandes tipos de explicação evolutiva para a explosão que conduziu à disparidade de Burgess.
O primeiro é convencional e tem sido aceito em quase todas as discussões publicadas. Os dois últimos possuem pontos em comum e representam tendências recentes no pensamento evolutivo.
1) O primeiro Enchimento do Barril Ecológico:
Na teoria darwiniana convencional, os organismos propõem e o ambiente dispõe. Os organismos fornecem a matéria prima na forma de variação genética que se expressa através de diferenças morfológicas. Dentro de uma população, em qualquer tempo, essas variações são pequenas e não direcionadas. A modificação evolutiva é produzida por forças de seleção natural provenientes do ambiente externo (tanto condições físicas, como interações com outros organismos). Como os organismos proporcionam apenas a matéria-prima e como essa matéria-prima quase sempre tem sido considerada suficiente para todas as modificações que se processam de acordo com os ritmos darwinianos, caracteristicamente lentos, o ambiente transforma-se no motor que regula a velocidade e a extensão das alterações evolutivas. Então quando nos perguntamos que peculiaridade ambiental poderia ter engendrado a explosão Cambriana, uma resposta óbvia nos vem de imediato à mente: A explosão Cambriana foi o primeiro enchimento do barril ecológico da vida multicelular. Foi uma época de oportunidades inigualáveis. Quase todas as formas de vida podiam encontrar seu lugar ao sol. A vida estava se irradiando para os espaços vazios e poderia proliferar em progressão logarítmica, tal como uma célula bacteriana numa placa de ágar. Na efervescência desse período inigualável, a experimentação imperou pela primeira vez e última vez num mundo praticamente desprovido de competição.
 
“Competição menos severa” tornou-se a senha da interpretação. Whittington, escreveu:
“Havia provavelmente alimento e espaço abundantes nos diversificados ambientes que inicialmente foram sendo ocupados por esses novos animais, e a competição era menos severa do que nos períodos posteriores. Nessas circunstâncias, diversas combinações de características podem ter sido possíveis, enquanto estavam sendo desenvolvidas novas formas de captar os estímulos sensoriais dos arredores, de obter alimento, de fazer locomoção.... É assim que podem ter surgido estranhos animais que não se encaixam em nossas classificações dos quais alguns remanescentes podemos ver em Burgess Shale”.
(1981B, p. 82)
2) Uma história direcional para sistemas genéticos Na visão darwiniana tradicional, as morfologias possuem histórias que restringem seus futuros, embora o material genético não “envelheça”. Diferenças nas taxas e nos padrões de mudança constituem respostas de um substrato material inalterável (genes) às variações ambientais que reajustam as pressões da seleção natural.
 
Mas talvez os sistemas genéticos realmente “envelheçam” no sentido de se tornarem “menos propensos a perderem uma grande reestruturação” (Valentine). Talvez os organismos modernos não possam gerar uma rápida sucessão de designs fundamentalmente novos, quaisquer que sejam as oportunidades ecológicas.
 
A descoberta da fauna pré-cambriana de Ediacara, com forte possibilidade de que este primeiro conjunto de fósseis multicelulares talvez não tenha dado origem aos grupos modernos, sugere que todos os animais do cambriano, a despeito da disparidade de formas, podem ter divergido não muito antes a partir de um ancestral comum do final do Pré-cambriano. Se isto ocorreu – se eles ficaram separados apenas por um curto período de tempo – todos os animais cambrianos podem ter sido portadores de um mecanismo genético muito similar em virtude do seu tempo estritamente limitado de vida independente. “A resposta similar dos organismos de Burges pode refletir a homologia de um sistema genético em grande parte ainda conservado em comum e ainda bastante flexível, e não apenas a analogia da resposta a uma pressão externa comum. É claro que a vida teve necessidade do impulso externo da oportunidade ecológica, mas sua capacidade de resposta pode ter indicado uma herança genética comum, agora dissipada”.
 
3) Diversificação inicial e posterior fechamento como uma propriedade de sistemas.
Atu Kauffman, da Universidade da Pensilvânia, desenvolveu um modelo para demonstrar que o padrão de Burges, caracterizado por rápida disparidade máxima seguida pela posterior dizimação, é uma propriedade geral dos sistemas.
 
Para explicar seu modelo, Kauffman considera metaforicamente, o palco da vida como uma paisagem complexa, com milhares de picos de alturas diferentes. Quanto mais elevado for o pico, maior o êxito dos organismos que estão sobre ele. Sobre os picos dessa paisagem estão espalhados ao acaso uns poucos organismos iniciais. Eles se multiplicarão e trocarão de posições.
Os saltos grandes podem ser definidos como aqueles que levam um organismo para tão longe do seu antigo lar que o novo panorama não guarda nenhuma relação com o antigo. Os grandes saltos são extremamente arriscados mas proporcionam uma enorme recompensa para aqueles que obtêm sucesso. Se você aterrisa num pico mais alto do que aquele onde se encontrava, você prospera e se diversifica, se aterrisa num pico mais baixo ou num vale, você está liquidado.
Kauffman demonstra que a probabilidade de êxito é no início bastante alta mas logo cai e chega a praticamente zero – tal como na história da vida.
 
Se os saltos longos ocorrem com razoável frequência, todos os picos altos serão ocupados logo no início. Assim, os vitoriosos cavam trincheiras e a evolução produz sistemas desenvolvimentais tão ligados aos seus picos que, mesmo que surja uma nova oportunidade, as espécies não poderão mais mudar. Mesmo extinções ao acaso deixarão espaços inacessíveis a todos.
 
A DIZIMAÇÃO DA FAUNA DE BURGESS
 
O padrão descritivo da disparidade de Burgess e da posterior dizimação basta para impor uma grande mudança em nossas concepções tradicionais a respeito da história da vida. Isto acontece porque a nova iconografia (ver figura 8) não apenas altera mas inverte completamente o convencional cone de diversidade crescente. Em vez de um começo limitado e da ocorrência de limites de variação cada vez mais amplos com o decorrer do tempo, a vida multicelular alcança sua amplitude máxima logo no início e a dizimação posterior deixa apenas uns poucos designs sobreviventes.
 
A ideia de sobrevivência determinada pela capacidade anatômica ou pela complexidade – “maior aptidão competitiva” – tem sido a explicação favorita, praticamente nunca contestada, para a redução da diversidade de Burgess e, na verdade, para todos os episódios de extinção da história da vida.
Os argumentos que propõem a superioridade adaptativa como base para a sobrevivência correm o risco de incorrer no clássico erro do raciocínio circular. A sobrevivência é um fenômeno a ser explicado e não uma prova de que os sobreviventes eram “melhor adaptados” do que os aqueles que morreram.
Se quisermos afirmar que as extinções de Burgess preservaram os melhores designs e eliminaram aqueles cujo desaparecimento poderia ser previsto então não poderemos utilizar a mera sobrevivência como prova de superioridade. Precisamos, em princípio, ter a capacidade de identificar os vencedores através do reconhecimento de sua excelência anatômica ou superioridade competitiva.
 
Se encararmos honestamente a fauna de Burgess, porém seremos forçados a admitir que não dispomos do menor indício de que, na grande dizimação, os designs dos perdedores eram sistematicamente inferiores, em termos adaptativos aos dos que lograram sobreviver. Qualquer um pode inventar uma história plausível após o fato ter ocorrido. Anomalocaris, por exemplo, apesar de ser o maior dos predadores do cambriano, não veio a ser um dos vencedores. Assim, poderíamos argumentar que a sua singular mandíbula quebra-nozes, incapaz de fechar-se inteiramente e que provavelmente funcionava mais por constrição do que arrancando pedaços da presa, realmente não era tão adaptativa quanto as mandíbulas convencionais constituídas de duas peças que se juntam como tenazes. Mas é preciso enfrentar honestamente a situação oposta. Suponhamos que Anomalocaris tivesse sobrevivido e prosperado. Nesse caso não ficaríamos tentados a dizer que Anomalocaris sobreviveu porque suas peculiares mandíbulas funcionavam tão bem?
 
De acordo com a revisão feita de Burgess, concluímos que não dispomos de nenhum indício vinculando o sucesso a um design previsivelmente melhor. A dizimação de Burgess pode ter sido uma autêntica loteoria. Contudo, não temos nenhum indício de que os vencedores gozavam de superioridade adaptativa ou de que um observador conteporâneo pudesse ter apontado com as melhores e mais detalhadas monografias anatômicas da paleontologia do século XX que os perdedores de Burgess eram adequadamente especializados e bastante aptos.

QUESTÕES PROPOSTAS
 
1) O que é o folheto de Burgess? E porque ele é tão importante?
 
2) Qual das explicações evolutivas é mais aceita para o surgimento de Burgess? Explique-as.