O
campo magnético da Terra desempenha um papel fundamental para tornar o
nosso planeta habitável. A bolha protetora sobre a atmosfera protege o
planeta da radiação solar, ventos, raios cósmicos e grandes oscilações
de temperatura.
No entanto, o campo magnético da Terra quase entrou em
colapso há 591 milhões de anos, e esta mudança, paradoxalmente, pode ter
desempenhado um papel fundamental no florescimento da vida complexa,
descobriu uma nova investigação.
“Em
geral, o campo é protetor. Se não tivéssemos tido um campo no início
da história da Terra, a água teria sido arrancada do planeta pelo vento solar
(uma corrente de partículas energizadas fluindo do Sol em direção à
Terra)”, disse John Tarduno, professor de geofísica na Universidade de
Rochester, em Nova York, e autor sênior do novo estudo.
“Mas no Ediacarano, tivemos um período fascinante no
desenvolvimento das profundezas da Terra, quando os processos que criam o
campo magnético… se tornaram tão ineficientes após milhares de milhões
de anos, que o campo entrou em colapso quase completamente.”
O estudo, publicado na revista Communications Earth & Environment em 2 de maio, descobriu que o campo magnético da Terra, criado pelo movimento do ferro fundido no núcleo externo da Terra
, foi significativamente mais fraco do que a sua força atual durante um
período de pelo menos 26 milhões de anos. anos. A descoberta do
enfraquecimento sustentado do campo magnético da Terra também ajudou a
resolver um mistério geológico duradouro sobre quando o núcleo interno
sólido da Terra se formou.
Este período coincide com um período conhecido como
Ediacarano, quando os primeiros animais complexos surgiram no fundo do
mar à medida que a percentagem de oxigénio na atmosfera e no oceano
aumentava.
Esses animais estranhos mal se pareciam com a vida atual - leques moles, tubos e donuts, e discos como Dickinsonia , que cresceu até 1,4 metros de tamanho, e a lesma Kimberella .
Antes
dessa época, a vida era em grande parte unicelular e microscópica. Os
pesquisadores acreditam que um campo magnético fraco pode ter levado a
um aumento de oxigênio na atmosfera, permitindo a evolução de vida
complexa inicial.
Uma
fotografia mostra o molde de um fóssil de Dickinsonia constata de 560
milhões de anos encontrado no sul da Austrália. Com mais de um metro de
comprimento, a criatura é o maior animal conhecido daquele período.
Shuhai Xiao/Virgínia Tech
Descobrindo o quase colapso do campo magnético
Sabe-se que a intensidade do campo magnético da Terra flutua
ao longo do tempo, e os cristais preservados nas rochas contêm
minúsculas partículas magnéticas que registram a intensidade do campo
magnético da Terra.
A primeira evidência de que o campo magnético da Terra
enfraqueceu significativamente durante este período veio em 2019, a
partir de um estudo de rochas com 565 milhões de anos em Quebec, que sugeriu que o campo era 10 vezes mais fraco do que hoje naquele momento.
O último estudo reuniu mais evidências geológicas que
indicavam que o campo magnético enfraqueceu dramaticamente, com
informações contidas em rochas de 591 milhões de anos de um local no sul
do Brasil sugerindo que o campo era 30 vezes mais fraco do que hoje.
O campo magnético fraco nem sempre foi assim: a equipa
examinou rochas semelhantes da África do Sul que datavam de há mais de 2
mil milhões de anos e descobriu que, naquela altura, o campo magnético
da Terra era tão forte como é hoje.
Ao contrário de agora, explicou Tarduno, naquela época a
parte mais interna da Terra era líquida, não sólida, influenciando a
forma como o campo magnético era gerado.
“Ao longo de bilhões de anos, esse processo está se tornando cada vez menos eficiente”, disse ele.
“E
quando chegamos ao Ediacaran, o campo está no limite. Está quase
desmoronando. Mas então, felizmente para nós, esfriou o suficiente para
que o núcleo interno começasse a gerar (fortalecendo o campo
magnético).”
O
surgimento da primeira vida complexa que teria flutuado ao longo do
fundo do mar nesta época está associado a um aumento nos níveis de
oxigênio. Alguns animais podem sobreviver com baixos níveis de
oxigênio, como esponjas e animais microscópicos, mas animais maiores,
com corpos mais complexos e que se movem, precisam de mais oxigênio,
disse Tarduno.
Tradicionalmente, o aumento do oxigênio durante este período
tem sido atribuído a organismos fotossintéticos como as cianobactérias,
que produzem oxigênio, permitindo-lhe acumular-se na água de forma
constante ao longo do tempo, explicou o co-autor do estudo Shuhai Xiao,
professor de geobiologia na Virginia Tech.
No entanto, a nova investigação sugeriu uma hipótese
alternativa, ou complementar, envolvendo um aumento da perda de
hidrogénio para o espaço quando o campo geomagnético era fraco.
“A
magnetosfera protege a Terra do vento solar, prendendo assim a
atmosfera à Terra. Assim, uma magnetosfera mais fraca significa que
gases mais leves, como o hidrogênio, seriam perdidos da atmosfera da
Terra”, acrescentou Xiao por e-mail.
Tarduno disse que vários processos poderiam estar ocorrendo ao mesmo tempo.
“Não
contestamos que um ou mais desses processos estivessem acontecendo
simultaneamente. Mas o campo fraco pode ter permitido que a oxigenação
ultrapassasse um limite, auxiliando a radiação animal (evolução)”, disse
Tarduno.
Peter
Driscoll, cientista do Laboratório de Terra e Planetas do Carnegie
Institution for Science em Washington, DC, disse concordar com as
descobertas do estudo sobre a fraqueza do campo magnético da Terra, mas a
alegação de que o campo magnético fraco poderia ter afetado o oxigênio
atmosférico e a evolução biológica era difícil de avaliar. Ele não
estava envolvido no estudo.
“É difícil para mim avaliar a veracidade desta afirmação
porque a influência que os campos magnéticos planetários podem ter no
clima não é muito bem compreendida”, disse ele por e-mail.
Tarduno disse que a sua hipótese era “sólida”, mas provar
uma ligação causal poderia levar décadas de trabalho desafiador, dado o
quão pouco se sabe sobre os animais que viveram nesta época.
Um fóssil
de 565 milhões de anos de um animal Ediacarano, chamado Fractofusus
misrai, foi encontrado na Formação Mistaken Point em Newfoundland,
Canadá.
Shuhai Xiao/Virgínia Tech
Mistério central interno
A análise geológica também revelou detalhes reveladores sobre a parte mais interna do centro da Terra.
As estimativas sobre quando o núcleo interno do planeta pode
ter se solidificado – quando o ferro se cristalizou pela primeira vez
no centro do planeta – variaram entre 500 milhões e 2,5 bilhões de anos
atrás.
“As observações parecem apoiar a afirmação de que o núcleo
interno nucleou pela primeira vez logo após este período, empurrando o
geodínamo (o mecanismo que cria o campo magnético) de um estado fraco e
instável para um campo dipolar forte e estável”, disse Driscoll.
Tarduno disse que a recuperação da força do campo após o
Ediacarano, com o crescimento do núcleo interno, foi provavelmente
importante para evitar a secagem da Terra rica em água.
Quanto aos bizarros animais do Ediacarano, todos desapareceram no Período Cambriano seguinte, quando a diversidade da vida explodiu e os ramos da árvore da vida hoje familiar formaram-se num tempo relativamente curto.
NILPENA CATTLE STATION IN SOUTH AUSTRALIA—Fly
over the cattle station here in a Cessna 172 and you'll see a dry
riverbed snaking through brown, mottled earth punctuated by the
occasional patch of saltbush. There's no sign of the 200 cattle
currently being run on this property, which is about the size of New
York City and sits 450 kilometers north of Adelaide, Australia. But
cattle are not the main asset of this remote station.
Instead, Nilpena's prize specimens lie exposed and motionless on the
gentle slopes of Mt. Michael like some open-air diorama: the weird forms
of Earth's first multicellular creatures, frozen in rock for 560
million years. About 60 species from the Ediacaran period pattern the
hillside, the richest collection of such forms on Earth. Some creatures
exhibit bilateral symmetry, others the trifold symmetry of the
Mercedes-Benz logo; still others resemble heraldic shields, or are leafy
with a repeating, fractal structure.
The plethora of species here isn't the only thing that sets it apart.
Almost alone among Ediacaran sites, Nilpena preserves entire
communities of organisms, intact because of ancient accidents of
preservation and the foresight of its modern landowner, a rancher named
Ross Fargher.
At Nilpena, "We can see who was living with whom and what they were
doing," says paleontologist Doug Erwin of the Smithsonian Institution's
National Museum of Natural History in Washington, D.C. Whereas most
paleontologists study early life forms through museum specimens, here
they can see the animals—for that is what many of the Ediacaran
creatures appear to be—in the context of their ecosystems. "We invented a
new way of doing paleoecology here," says University of California,
Riverside, paleontologist Mary Droser, who, together with Jim Gehling of
the South Australian Museum in Adelaide, has worked on the fossils for
the past 17 years.
We invented a new way of doing paleoecology here.
Droser and Gehling have published more than 40 papers
describing a peaceful, predator-free community where segmented creatures
such as the pancake-shaped Dickinsonia—up to a meter long—and mollusklike Kimberella
grazed on slimy bacterial mats; tiny helminthoidichnites tunneled just
below the surface; and tethered, leafy, fractal creatures absorbed
nutrients from the seawater directly through their outer skin.
Researchers owe that opportunity to Fargher. For more than 30 years,
he has helped guard the fossils from looters who have pilfered nearby
Ediacaran sites; he also runs tours and helps scientists with logistics.
But in recent years, ranchers in the region have struggled with
persistent drought and low beef prices, and researchers have worried
about what would happen if the 59-year-old Fargher were to sell his
property. "We all thought Fargher's efforts were remarkable, but we also
thought: what now?" Erwin says.
As of this week, those worries are over: On 28 March, the state
government of South Australia, using AU$2.2 million raised in a
public-private partnership, will purchase about half of this station
from the Farghers to add to the existing Ediacara Conservation Park,
increasing its size more than 10-fold. The new status may also boost a
government bid for World Heritage status for Nilpena and nearby sites.
"I am thrilled with this news," says paleontologist Guy Narbonne of
Queen's University in Kingston, Canada, who works at Mistaken Point
Ecological Reserve, an Ediacaran site in Canada's Newfoundland and
Labrador province. "Now, this outstanding assemblage of fossils from the
dawn of animal life is available to view and study for time
immemorial."
Nilpena's platforms show the rippled rocks of a
half-billion-year-old sea floor on one side and the imprints of life on
the other.
JASON IRVING
Clad in blue jeans with a prominent brass belt buckle, boots,
and Akubra hat, Fargher comes across as an iconic outback stockman, with
an easygoing, forthright manner of speaking. But he quickly veers off
script. As he leads a group of tourists across the fossil beds, Fargher
holds forth on the life and times of Ediacaran creatures. On one rippled
golden rock, he points out a large imprint the size of a dinner plate
made up of concentric circles. It's not a complete animal, he tells us,
but the holdfast for a frondlike creature called Arborea that was torn off by a storm that swept across the ancient sea floor and buried this community in sand.
Arborea's fractal body design disappears from the fossil
record at the end of the Ediacaran period. But some of its bilaterally
segmented neighbors may provide the answer to "Darwin's dilemma": Where
did today's animal life come from? Sites from the Cambrian period, 541
million to 490 million years ago, reveal an explosion of novel animal forms. But when Charles Darwin published On the Origin of Species
in 1859, all known older rocks were barren of life. He called the lack
of earlier forms "inexplicable" and wrote that it "may be truly urged as
a valid argument" against evolution.
Then in the 1940s, Australian geologist Reginald Sprigg, exploring in
the Precambrian rocks of the Ediacara Hills 15 kilometers north of
here, discovered imprints of a pancakelike shape divided by segments
emerging from a central ridge. He named it Dickinsonia after his boss, Ben Dickinson, director of mines in South Australia.
Later, amateur naturalists unearthed a plethora of smaller fossils at the same site, among them Spriggina,
which resembled a segmented worm up to 3 centimeters long with a
horseshoe head. Finally, in 2004, the International Union of Geological
Sciences proclaimed a new geological period—the Ediacaran—from 635
million to 541 million years ago.
Concentric circles, once thought to be jellyfish
(left), are now known to represent a holdfast that tethered a frondlike,
fractal creature such as Arborea to the ancient sea floor. Ediacaran communities also included the pancakelike, segmented Dickinsonia (right), which reached up to a meter in length and appears to have been an animal.
JASON IRVING
Researchers are still puzzling over exactly how the Ediacara
relate to the rest of life on Earth. Many look nothing like modern
organisms. But, Narbonne says, "A consensus is emerging that Ediacaran
communities include the ancestors of the animals we see around us." That
interpretation got a big boost in September 2018, when other
researchers examined Dickinsonia fossils from Russia that retained a dark film of organic matter. They detected a cholesterollike molecule that is the biochemical signature of animals.
Other Ediacaran sites have been discovered in the United Kingdom,
Namibia, Canada, Russia, and China. But Nilpena offers something rare:
slabs of ancient sandstone, some bigger than a tennis court, that record
entire ancient communities. Periodic storms repeatedly buried the
ancient sea floor in sediment, preserving fine imprints of organisms
"like a bologna sandwich," Droser says, with the decaying organism as
the bologna.
Exactly how these prints were preserved on the underside of the sandy
slabs here is a matter of debate. Gehling and Droser think the
overlying sands turned to cement, perhaps because of high levels of the
mineral pyrite, forming a death mask of the decaying creatures below.
Another model, published this week in Nature Ecology & Evolution,
posits that finer, more fluid sediments beneath the fossil flowed into
the space vacated by the decaying creature, creating a mold that
prevented the upper sand layer from collapsing.
The size of the sediment grains determines how detailed the fossil
impressions are. Some slabs with salt-size grains have revealed the
3-millimeter, shield-shaped Praecambridium sigillum. In other
slabs, the grains themselves are up to 3 millimeters in size, making it
hard to detect anything smaller than a centimeter.
0
10
Km
Lake Torrens National Park
Ediacara Conservation Park
Nilpena addition to Ediacara park
. DESAI/SCIENCE
Tal resolução grosseira faz estudar as impressões abaixo de um microscópio em um museu menos importante.E porque os fósseis foram preservados onde eles estavam no fundo do oceano, os pesquisadores podem estudá-los "como se você estivesse descendo em um submarino para vê-los", diz Narbonne. Mistaken Point é o único outro site do mundo a preservar as comunidades ediacaranas in situ.Mas essas rochas são mais antigas entre 5 milhões e 20 milhões de anos e as comunidades são dominadas pelos fósseis fractais frondosos.Nilpena oferece um vislumbre de um mundo ediacarano mais desenvolvido.
Researchers got their first panoramic view of that world in the
mid-1980s, when a visitor asked Fargher about the rippled rocks paving
the floor of his 100-year-old wool shed. More fossils turned up on the
hillside nearby. Soon paleontologists from the University of Adelaide
were making a beeline here and carting away slabs. That didn't sit well
with Fargher.
"Alarm bells started to go off," he said, recalling that the Sprigg
site in the Ediacara Hills was "pretty well stripped bare" by looters
and even paleontologists carting specimens back to museums.
When Gehling came calling in 2001, Fargher was resolute. Research was
fine but the fossils had to stay put. He agreed to make an exception
for new species, so a "type specimen" that clearly exhibits diagnostic
features of a species can be stored in a museum and analyzed by other
scientists. But in most cases, paleontologists had to come here, where
the lost world of the Ediacaran was on full display.
To explore ancient Nilpena, researchers examine a slab of rippled
rock—usually flipping it over to see the fossils underneath—study it
on-site, and then replace it on the hillside. New species have come to
light, such as Funisia dorothea, described a decade ago by Droser and Gehling.
Although bits and pieces of this creature had previously been found,
the slabs revealed enough intact specimens for the researchers to
realize it represented a colony of tubular, corallike creatures tethered
to the sea floor. Each individual was the same size, suggesting they
had been spawned at the same moment through reproduction, rather than
budding one by one.
Some of the creatures that populate the slabs have body plans never seen again in the evolutionary record, such as Tribrachidium—a
creature with triradial symmetry that resembles a ninja throwing
star—or the fractal rangeomorphs. But in some cases, the slabs record
behavior resembling that of later animal life. Dickinsonia, for
example, apparently moved around, because it left tracks: a series of
faint, identical imprints, ranging from the size of a thumbprint to the
length of a forearm. Each set of tracks leads up to the main fossil.
Paleontologist Mary Droser (bottom right) speaks to tourists
about how her team excavates Nilpena's fossils, which are likely to draw
more visitors now that the site is part of a conservation park.
JIM GEHLING
Gehling and Droser hypothesize that Dickinsonia grazed
like modern-day placozoans—millimeter-size pancakes that represent the
simplest multicellular animals. The researchers think Dickinsonia
lay atop the bacterial mat, digested it for a while—leaving an
imprint—and then moved on to the next grazing spot, where it left
another print. Gehling says he got the idea by seeing how his son's
Frisbee imprinted his lawn after a few days.
Kimberella, a limpet-shaped creature with a front and back,
also left trails, possibly scratch marks made by its radula—a sawlike
structure similar to that used by molluscs to chop their food.
Droser doesn't think any of the Nilpena creatures were predators, though. "None have teeth that we can see," she says.
Researchers can also see how these communities changed over time.
Repeated burials over perhaps 40 million years created fossil layers—35
so far—that can be carefully prized apart to reveal successive
snapshots. Like ungumming the pages of a book, "we literally go in and
pull off layers," Droser says.
This ability to follow the interrelationships of Ediacarans and the
tracks they left behind on successive snapshots of the sea floor has
allowed researchers to resolve 10 genera and a total of 60 species, far
more than any other Ediacaran site.
One recently exposed slab earned the title "Alice's Restaurant" for
its exquisite display of many rare species, some first discovered here.
Its exceptionally fine grain gives the fossils the appearance of having
been expertly stamped with a cookie cutter. "Just when I think we've
captured it, I'm on to a whole new learning curve," Droser says. In June
2018, the team reported two new genera, which they named after Barack
Obama and David Attenborough.
Nilpena's story is unique and you don't need to be a
paleontologist to understand why. It's all laid out here, the rise of
animal life.
Fargher helps the scientists by using his earth-moving
equipment to flip slabs. He also guards the site with fencing and video
surveillance during the months the researchers are away. Looting is a
constant worry: In 1994, one slab illegally heaved out of Bunyeroo Gorge
in a reserve some 60 kilometers southeast of here ended up on sale in
Tokyo for $330,000, Gehling recalls.
"Ross is heroic," Droser says. Last year, the U.S. Paleontological
Society gave Fargher its Strimple Award for amateur paleontology, the
first time it has been awarded to an Australian.
Jane Fargher, Ross's wife, advocates for the fossils from the outback
pub she runs in a nearby town. It was she who, in 2016, persuaded state
government ministers visiting nearby to meet Droser. Surprised to find
that California schoolchildren were learning more about Nilpena than
Australian children were, the state government created the Ediacara
action plan and provided AU$1.7 million to purchase the land and
establish the park, and to support research and education.
"Nilpena's story is unique and you don't need to be a paleontologist
to understand why," says the author of the plan, Jason Irving, manager
of protected areas for the South Australian Department for Environment
and Water in Adelaide. "It's all laid out here, the rise of animal
life."
The enthusiasm has spread. "That's what is so inspiring about this
story," Droser says. "It's all the nonscientists who've made this their
mission." To help fund the conservation park, Adelaide teacher Mary Lou
Simpson established the Flinders Ranges Ediacara Foundation as the
vehicle for a public-private partnership to help buy the land and
support its ongoing maintenance. It raised more than AU$500,000 from
local fossil enthusiasts, philanthropists, and foundations. According to
the deal, the Farghers will stay on as caretakers, running cattle on
their remaining portion of the station.
"People have been trying to protect Nilpena for a long time," Irving
says. "There is so much goodwill to make it happen and the stars are
definitely aligned to create a new way of protecting the fossils."
Elizabeth Finkel is a journalist based in Melbourne, Australia.
sábado, 27 de outubro de 2018
De onde vieram os invertebrados?
Análises evolutivas confirmaram que os ancestrais das plantas e dos animais (e fungos) eram protistas e que o fenômeno da pluricelularidade originou-se independentemente nesses três grupos, embora de maneiras diferentes. Dados genéticos e relativos ao desenvolvimento confirmam que os mecanismos básicos de formação de padrões e comunicação intercelular durante o desenvolvimento foram derivados independentemente nos animais e nas plantas. Nos animais, a identidade segmentar é estabelecida pela ativação transcricional espacialmente específica de uma série sobreposta de genes reguladores principais – os chamados genes do homeobox (Hox). Os genes reguladores principais das plantas não fazem parte da família dos genes do homeobox, mas pertencem à família MADS-box dos genes dos fatores de transcrição. Nenhuma evidência sugere que os genes dos fatores de transcrição do homeobox dos animais e do MADS-box das plantas sejam homólogos.
Embora o registro fóssil seja rico com referência à história de algumas das primeiras linhagens de animais, muitas outras deixaram poucas ou nenhuma marca fóssil. Alguns animais primitivos eram muito pequenos, alguns tinham corpos moles e não fossilizavam bem, enquanto outros viviam em locais onde as condições não eram propícias à formação dos fósseis.
Contudo, alguns grupos, como os equinodermos (estrelas-do-mar, ouriços), moluscos (mexilhões, caramujos), artrópodes (crustáceos, insetos), corais, ectoproctos, braquiópodes e vertebrados deixaram ricos registros fósseis. Na verdade, para alguns grupos (p. ex., equinodermos, braquiópodes, ectoproctos, moluscos), o número de espécies extintas conhecidas com base nos fósseis é maior que o número de formas vivas conhecidas. Representantes de quase todos os filos animais existentes estavam presentes no período Cambriano. Entretanto, a vida na terra não apareceu senão mais tarde e as radiações terrestres provavelmente começaram há apenas cerca de 470 milhões de anos. O relato apresentado a seguir resume o início da história da vida e a ascensão dos invertebrados.
O amanhecer da vida
Antes, acreditava-se que a era Proterozoica – 2,5 bilhões a 541 milhões de anos atrás – fosse um período no qual existiam alguns tipos simples de vida; daí o nome dessa era. Contudo, descobertas recentes demonstraram que a vida na Terra começou antes e teve uma longa história durante toda a era Proterozoica.
Como foi mencionado antes, algumas das rochas mais antigas conhecidas na Terra já tinham marcas sugestivas de procariotos anaeróbios redutores de sulfato e, talvez, até mesmo estromatólitos das cianobactérias. Existem descritos fósseis inquestionáveis de cianobactérias com 2,9 bilhões de anos. Os primeiros traços de vida eucariótica em fósseis atuais (algas bentônicas) datam de 1,7 a 2 bilhões de anos, enquanto os primeiros fósseis confirmados de eucariotos (fitoplâncton) têm 1,4 a 1,7 bilhão de anos. Em conjunto, esses procariotos e protistas parecem ter formado comunidades diversificadas nos hábitats marinhos rasos durante a era Proterozoica. Os estromatólitos vivos (colônias compactadas em camadas de cianobactérias e lama) ainda estão entre nós e podem ser encontrados em alguns ambientes costeiros com altos índices de evaporação e salinidade, como Shark Bay (oeste da Austrália), lagoa de Scammon (Baixa Califórnia), lagoas salinas em ilhas no Mar de Cortez, no Golfo Pérsico, na costa de Paracas no Peru, nas Bahamas e na Antártida. Os estromatólitos vivos também são encontrados em alguns depósitos de água continentais isolados, inclusive o famoso Cuatro Cienegas Oasis de Chihuahua, México.
No final da era Proterozoica (Neoproterozoico, 1 bilhão a 541 milhões de anos), o mundo era diferente do que é hoje. Os níveis de oxigênio da atmosfera eram muito mais baixos. O oceano profundo era especialmente pobre em oxigênio. Com base na ocorrência de várias glaciações ao nível do mar em baixas latitudes evidenciadas no registro geológico, cientistas sugeriram a hipótese de que tenham ocorrido três fenômenos na Terra coberta de gelo da era Neoproterozoica. Esses eventos da “Bola de Neve da Terra”, que poderiam ter durado até 10 milhões de anos cada um, parecem ter sido interrompidos por períodos de aquecimento rápido e condições globais semelhantes às de uma estufa. As causas dessas amplas oscilações climáticas durante a era Neoproterozoica ainda não estão claras, embora exista evidência de que os oceanos do planeta não tivessem a química de estabilização do carbono na forma de CaCO3, que existe hoje em dia. Na verdade, os principais precipitadores de carbono – como os foraminíferos e cocolitóforos – provavelmente ainda não existiam nos oceanos do planeta. Parece provável que a acumulação de CO2 atmosférico produzido pelas erupções vulcânicas maciças tenha provocado os fenômenos de aquecimento.
Todas essas alterações ocorreram durante a dissolução de um supercontinente conhecido como Rodínia (cerca de 750 Ma) – o supercontinente que precedeu a Pangeia. Foi nesse contexto que surgiram os primeiros metazoários, algum tempo entre 650 milhões de anos e 1 bilhão de anos atrás (ainda existem dúvidas quanto à datação exata). Cerca de 800 milhões de anos atrás, o oxigênio atmosférico aparentemente se estabilizou em um nível relativamente alto, abrindo espaço para a evolução mais rápida dos eucariotos e dos bilatérios. Evidentemente, o oxigênio era essencial à diversificação dos seres vivos complexos, grandes e metabolicamente ativos.
A hipótese predominante é que o filo Metazoa tenha surgido na era Neoproterozoica (Pré-cambriano Tardio) e começado seu processo de diversificação, depois se espalhando rapidamente no período Cambriano – a “explosão do Cambriano”. Contudo, durante a era Neoproterozoica, essas primeiras linhagens de animais devem ter sobrevivido a algumas extremas oscilações climáticas da Terra, incluindo alterações profundas da química dos oceanos e da atmosfera e fenômenos glaciais globais generalizados.
O período Ediacarano e a origem dos animais
Um dos mistérios mais desconcertantes ainda não solucionados em biologia é a origem e a radiação inicial de Metazoa (o reino animal). Evidências baseadas em fósseis (e relógio molecular) sugerem que, no período Ediacarano do final da era Proterozoica, já existia uma fauna de invertebrados marinhos bem-desenvolvida em todo o planeta. Embora os animais que existiram durante esse período tenham deixado poucos registros, a fauna do período Ediacarano (635 a 541 Ma) contém a primeira evidência de alguns filos modernos. Acredita-se que os seguintes filos atuais estavam representados entre a fauna ediacarana: Porifera, Cnidaria, Mollusca, possivelmente Annelida (incluindo possivelmente equiuros e pogonóforos), entre outros. Alguns autores chegaram a sugerir a existência de Onychophora, Arthropoda e Echinodermata, embora existam controvérsias a esse respeito.
Cientistas afirmam que o ediacarano Dickinsonia representa um “animal de nível placozoário”, que Kimberella pode ser um molusco, Eoandromeda um ctenóforo e Thectardis uma esponjosa (embora todas essas classificações sejam questionáveis). Pesquisadores descreveram mais de 100 gêneros de animais ediacaranos ao redor do mundo. Entretanto, alguns animais ediacaranos não podem ser atribuídos inquestionavelmente a nenhum filo atual e esses animais podem representar filos ou outros táxons de alto nível, que entraram em extinção na transição do Proterozoico para o Cambriano.
Os primeiros fósseis ediacaranos foram descritos em áreas da Terra Nova e da Namíbia, mas esse termo originou-se das aglomerações espetaculares desses fósseis descobertos em Ediacara, Flinders Ranges, ao sul da Austrália.
A maioria dos organismos ediacaranos estavam preservados na forma de impressões de águas rasas em deposições de arenito, mas alguns dos 25 ou mais locais dispersos por todo o mundo provavelmente representam comunidades de águas profundas e do talude continental.
A fauna ediacarana era formada principalmente de animais com corpos moles e, segundo relatos, não havia criaturas com carapaças grossas nesses depósitos. Mesmo os alegados moluscos e criaturas semelhantes aos artrópodes dessa fauna parecem ter desenvolvido esqueletos moles (com pouca ou nenhuma mineralização). Algumas estruturas quitinosas desenvolveram-se durante esse período, tal como as mandíbulas de algumas criaturas semelhantes aos anelídeos (e os tubos quitinosos semelhantes aos dos sabelídeos em outros) e as rádulas dos moluscos primitivos.5 As espículas siliciosas das esponjas hexactinélidas foram encontradas nos depósitos ediacaranos da Austrália e da China.
Em 2014, foram descobertos na Namíbia recifes de metazoários datados do período Ediacarano, que eram formados por criaturas esqueletizadas conhecidas como Cloudina. Semelhantes aos cnidários, esses animais são os organismos formadores de recifes estruturados mais antigos conhecidos, ainda que suas afinidades filogenéticas sejam desconhecidas.
Muitos desses animais do período Ediacarano parecem não possuir uma complexa estrutura de órgãos internos. Muitos eram pequenos e tinham simetria radial. Entretanto, ao menos no final do Ediacarano, parecem ter surgido animais grandes com simetria bilateral e alguns quase certamente tinham órgãos internos bem-desenvolvidos (p. ex., Dickinsonia, segmentada e em forma de folha, que alcançava 1 m de comprimento; Figura 1.2).
Alguns pesquisadores questionaram se a vida do período Ediacarano incluía ou não quaisquer animais, sugerindo que ela pudesse conter apenas protistas, algas, fungos, liquens e colônias e emaranhados microbianos. Contudo, alguns fósseis ediacaranos parecem ser inquestionavelmente poríferos e cnidários, enquanto outros (p. ex., Kimberella) mostram forte semelhança com moluscos.
Kimberella foi associada às marcas de arranhões reminiscentes de raspagem provocada pelas rádulas. Outros animais pareciam ter simetria bilateral, que era um conceito controverso no passado, mas hoje tem conquistado aceitação. Entre os fósseis bilatérios estão Kimberella, Spriggina (semelhante aos anelídeos ou aos artrópodes), “pequenos fósseis cobertos de conchas” (p. ex., os enigmáticos Cloudina) e embriões bilatérios da formação de Doushantuo, no sul da China, embora esses registros de bilatérios tenham seus opositores. Outras evidências de bilatérios encontrados nesses depósitos incluem o que parecem ser perfurações de predadores em pequenos fósseis cobertos por conchas e vários sulcos horizontais e verticais, que talvez tenham sido produzidos por animais móveis. Um grupo inteiro de espécies conhecidas como proarticulados parece ter segmentação e simetria bilateral (p. ex., Dickinsonia, Vendia, Onega e Praecambridium).
O início do período Ediacarano coincide com o fim do último evento de “Bola de Neve da Terra” no Pré-cambriano, quando a maior parte das áreas terrestres da Terra e talvez grande parte de seu oceano estavam congeladas. Além disso, ao fim do Ediacarano (final do Pré-cambriano), muitas criaturas vivas parecem ter sido extintas.6 O período Ediacarano foi seguido pelo período Cambriano (541 a 485 Ma) e pela grande “explosão” de vida de metazoários esqueletizados associados a essa época (ver adiante).
No período Cambriano, a vida rapidamente se tornou muito interessante e complexa! Ainda é um mistério por que os animais grandes e esqueletizados apareceram nesse período específico e em tão grande profusão, mas o registro fóssil diz-nos claramente que, no início do período Cambriano, a maior parte dos principais filos animais que hoje conhecemos já existia. Evidentemente, grandes mudanças ocorreram no final do Pré-cambriano e no início do Cambriano Primitivo – a separação dos supercontinentes, a elevação do nível do mar, uma possível crise de nutrientes, oscilações da composição da atmosfera (incluindo níveis de oxigênio e CO2), alterações da química dos oceanos – e tudo isso provavelmente desempenhou um papel importante no desaparecimento da fauna ediacarana e no surgimento da vida cambriana.
Figura 1.2 Alguns animais do período Ediacarano (fim da era Proterozoica). A.Charnia e Charniodiscus, dois cnidários semelhantes aos penatuláceos modernos (Antrozoa, Pennatulacea). B. Fóssil arborescente de afinidade desconhecida (sugere um cnidário). C.Ediacara, uma medusa cnidária. D.Dickinsonia, possivelmente um anelídeo. E. Um dos numerosos trilobitas de corpo mole conhecidos no período Ediacarano (alguns também ocorreram no início do período Cambriano).
A era Paleozoica (541 a 252 Ma)
O éon Fanerozoico (um período de vida abundante na Terra, que inclui as eras Paleozoica, Mesozoica e Cenozoica) foi introduzido quase simultaneamente com o aparecimento (no Cambriano Inferior) de esqueletos corpóreos calcários grandes e bem-desenvolvidos em numerosos grupos, como os arqueociatos (organismos semelhantes aos corais, que provavelmente eram esponjas primitivas), moluscos, briozoários, braquiópodes, crustáceos e trilobitas.
Os animais recobertos por conchas (moluscos etc.) surgiram primeiramente entre os “pequenos fósseis cobertos de conchas” do Cambriano Primitivo e os quetognatas (representados pelos protoconodontes) são sabidamente desse mesmo período. Portanto, o aparecimento de esqueletos animais bem-mineralizados define o início do Cambriano e foi um evento de importância fundamental na história da vida. Os animais recém-esqueletizados espalharam-se rapidamente e desempenharam diversas funções ecológicas nos ambientes marinhos de águas rasas e, no início do período Cambriano, surgiu a maioria dos filos viventes que tinham partes rígidas.
As evidências sugerem que, no início do período Cambriano, o oceano do planeta aumentou drasticamente seu teor de cálcio, coincidindo com a proliferação dos animais esqueletizados. O clima era quente e os oceanos epicontinentais rasos cobriam amplas regiões dos continentes paleozoicos. A explosão de animais bilateralmente simétricos (bilatérios) também começou em torno da transição do Proterozoico ao Cambriano. As samambaias e outras gimnospermas também surgiram durante o Paleozoico, talvez há cerca de 400 milhões de anos, enquanto as angiospermas surgiram há cerca de 200 milhões de anos, conforme foi sugerido por estudos moleculares (ainda que os fósseis de angiosperma mais antigos e inquestionáveis tenham surgido há cerca de 130 Ma).
Todas essas linhagens de metazoários surgiram rapidamente durante os primeiros 10 milhões de anos do período Cambriano? Ou algumas delas (ou a maioria) já estavam se desenvolvendo no período Ediacarano? Contudo, ainda precisamos encontrar evidências disso, talvez porque eles não tivessem esqueletos rígidos ou fossem muito pequenos. Essa última hipótese, algumas vezes referida como hipótese do “pavio filogenético”, é apoiada pela descoberta de crustáceos inquestionáveis com aspecto “moderno” nos primórdios do Cambriano, assim como algumas criaturas do Ediacarano que se assemelham aos filos modernos.
Considerando que os filos avançados (p. ex., artrópodes) já estavam bem-estabelecidos nos primórdios do Cambriano, parece provável que os primeiros filos derivados dos ecdisozoários devessem estar vivos e bem-desenvolvidos durante o período Ediacarano. Na verdade, embriões de animais bilatérios aparentemente fosfatados do período Ediacarano constituem evidência das raízes ocultas dos Metazoa e é provável que a “explosão” evolutiva dos filos animais modernos tenha ocorrido bem antes do início do período Cambriano. Uma análise filogenética ampla realizada recentemente por Omar Rota-Stabelli e colaboradores utilizou 67 pontos de calibração de fósseis para datar uma escala de tempo (timetree) molecular do filo dos ecdisozoários, concluindo que o clado originou-se do período Ediacarano.
C., BRUSCA, R., MOORE, Wendy, SHUSTER, M.. Invertebrados, 3ª edição. Guanabara Koogan, 03/2018. VitalBook file.
