Os primeiros tetrápodes

Fósseis descobertos em depósitos de cerca de 348 milhões de anos na Escócia abrem uma janela para melhor compreender como os vertebrados conquistaram a terra firme. O achado é tema da coluna deste mês de Alexander Kellner. 

 

Por: Alexander Kellner

Publicado em 19/06/2015 | 

Reconstrução de um dos novos tetrápodes terrestres encontrados na Escócia. (ilustração: Michael Coates/ University of Chicago and National Museums Scotland - NMS) 

 

Descobertas da paleontologia que ganham destaque na imprensa estão geralmente vinculadas ao encontro e à descrição de novas formas de vida. Mas, desta vez, um trabalho que não propõe espécies novas despertou o interesse das pessoas, incluindo leitores desta coluna: achados de exemplares de tetrápodes (animais com os ossos das quatro patas bem diferenciados) que fornecem preciosas informações sobre a transição dos vertebrados da água para ambientes terrestres.

Conquista da terra firme

De uma forma simplificada, pesquisas apontam para a origem da vida no mar. Sim, os mares do passado eram certamente diferentes dos atuais em termos de composição, distribuição e correntes, mas o registro fossilífero demonstra que os primeiros organismos surgiram em corpos de água e, depois, conquistaram os ambientes terrestres.

Na história evolutiva dos vertebrados, essa transição do mar para a terra firme ainda está envolta em muito mistério

 

Na história evolutiva dos vertebrados, essa transição do mar para a terra firme ainda está envolta em muito mistério. Às vezes ocorrem achados especiais, como o Tiktaalik roseae, um peixe que já possuía diversas adaptações encontradas nos primeiros tetrápodes e que surpreendem os pesquisadores. Em outros casos, é um conjunto de novos dados – e fósseis – que trazem avanços para a pesquisa. Essa é a situação do trabalho realizado por Timothy Smithson (University Museum of Zoology Cambridge, Inglaterra) e colaboradores que foi publicado no mês passado na prestigiosa PNAS – revista científica da Academia de Ciências dos Estados Unidos.

Devido a intensas buscas e coletas de fósseis, existe hoje ao redor do mundo uma quantidade expressiva de depósitos do Devoniano Médio a Superior (360-375 milhões de anos atrás) contendo tanto restos de tetrápodes como também de peixes, que seriam mais proximamente relacionados aos primeiros tetrápodes. No entanto, a vasta maioria dessas ocorrências é de animais aquáticos, cujo tamanho variava de um a dois metros de comprimento, com o crânio achatado e grande em relação ao seu corpo.

Já as formas tipicamente terrestres, ou seja, que podiam se locomover em terra firme, são encontradas em depósitos do Carbonífero (cerca de 330 milhões de anos atrás). Nesse período geológico, os tetrápodes já eram bastante diversificados, ocupando uma variedade relativamente grande de ambientes.
Esses animais tinham o crânio proporcionalmente menor e menos achatado do que as formas aquáticas, o que estaria relacionado ao desenvolvimento de uma respiração mais efetiva para o ambiente terrestre. E o tamanho de muitas dessas espécies é relativamente pequeno: 100 milímetros da ponta do focinha à cauda.
Mas, como e quando ocorreu essa transição da água para a terra firme?

Teoria da atmosfera com pouco oxigênio

Para responder essa pergunta, o que os paleontólogos precisavam era justamente de fósseis. No entanto, por algum motivo, estes não vinham sendo encontrados nas camadas de idade crucial para a conquista da terra firme, entre 330 e 360 milhões de anos.

Essa lacuna de informação já tinha sido registrada há bastante tempo pelo lendário paleontólogo Alfred Sherwood Romer (1894-1973), um dos principais especialistas em répteis fósseis. E apesar de ela ter sido reduzida por alguns achados realizados ao longo dos anos, os pesquisador
es ainda não tinham respostas para essa ausência de tetrápodes terrestres nesse período de transição.
Uma das principais teorias levantadas para explicar essa falta de fósseis era de que eles simplesmente não existiam. Logo após a extinção ocorrida ao final do Devoniano (359 milhões de anos), a atmosfera teria sido muito pobre em oxigênio, o que impediria os tetrápodes primitivos, cujo sistema respiratório não era bem desenvolvido para um ambiente terrestre, de deixar a água.

Curiosamente, a falta de tetrápodes nesse intervalo de tempo também coincidia com a ausência de artrópodes (grupo de invertebrados que inclui, entre outros, insetos, aranhas e escorpiões), possível base da alimentação dos primeiros vertebrados terrestres.

Fósseis de artrópodes de 348 milhões de anos procedentes da Escócia. Esses invertebrados possivelmente constituíam a base da alimentação dos primeiros tetrápodes terrestres. (foto: National Museums Scotland - NMS)

Os novos achados

Por meio de uma coleta de fósseis sistemática, Timothy e colegas conseguiram encontrar em quatro localidades da Escócia depósitos contendo restos de tetrápodes – tanto terrestres como aquáticos – cuja idade gira em torno de 348 milhões de anos. Essa descoberta diminuiu a lacuna do conhecimento sobre a evolução dos vertebrados em aproximadamente 15 milhões de anos.
De quebra, os pesquisadores ainda encontraram em três desses depósitos restos de artrópodes – ou seja, o possível alimento dessas primeiras formas de tetrápodes terrestres.
Esses achados contradizem a teoria de que os níveis de oxigênio na atmosfera terrestre eram particularmente baixos durante esse período.

Mas a pesquisa ainda se encontra no início. Certamente, conforme os autores comentam, existem muitas espécies diferentes no conjunto de mais de centenas de tetrápodes encontrados. E alguns deles ainda precisam ser preparados para revelar detalhes de sua anatomia, o que levará algum tempo.

Restos de diversos tetrápodes foram encontrados em rochas de 348 milhões de anos na Escócia. Em A e B, pata de um tetrápode ainda não identificado que exibe morfologia bem típica de formas terrestres modernas. Em C, arcada inferior de um tetrápode terrestre primitivo. (foto: Smithson et al./ PNAS)

Um dos achados, por exemplo, é uma pata ainda não identificada que claramente demonstra uma forma muito parecida com os tetrápodes mais derivados. Isso sem contar os diversos crânios – uns mais completos do que outros – que demonstram pertencer a tetrápodes com aspecto geral moderno.
Ou seja: em breve teremos mais novidades sobre essas fases iniciais da conquista da terra firme pelos vertebrados.
Aproveito para agradecer aos leitores Francisco Mello e Keila Koiss pela sugestão de abordar essa descoberta.

Alexander Kellner
Museu Nacional/UFRJ
Academia Brasileira de Ciências

Fish knew first about sex

A pregnant fossil fish at the Natural History Museum in London has shed light on the possible origin of sex, according to a study published in the journal Nature by an international team including Museum scientists.

Close-up of the 350-million-year-old fossil fish. The spine runs along the top left and the embryo is below.

The fossil is an adult placoderm, an extinct group of armoured fish, and it contains a 5cm-long embryo.

It is dated to the Upper Devonian period 350 million years ago and was found in the Gogo formation of western Australia.

The fish species is Incisoscutum ritchiei and this specimen is one of the earliest examples of a pregnant vertebrate and shows that internal fertilisation, or sex, started far sooner than previously thought.

‘This discovery is incredibly important because evidence of reproductive biology is extremely rare in the fossil record,’ says Dr Zerina Johanson, fossil expert (palaeontologist) at the Natural History Museum.

Different types of fertilisation

External fertilisation is believed to be the earliest form of reproduction and scientists used to think the placoderms and other early fish groups used this method. ‘We expected that these early fishes would show a more primitive type of reproduction, where sperm and eggs combine in the water and embryos develop outside the fish,’ says Dr Johanson.

The process of internal fertilisation and giving birth to live young, or viviparity, is more advanced and differentiates some fish and mammals from other animals such as reptiles and amphibians.

Johanson and her colleagues believe it was the main reproductive method for early fish groups such as the placoderms and could have evolved in other fish groups.

‘Sex was far more common in these primitive prehistoric animals,’ adds Dr Johanson. ‘However, copulation appears to be the main way they reproduced, demonstrating that ‘sex’ started a lot sooner than we thought.’

Look again at Museum specimen

The fish fossil has been in the Museum collections since the 1980s. Along with thousands of other fish specimens, they are used in scientific study by Museum scientists and other researchers from around the world.

The Incisoscutum ritchiei fish specimen was originally thought to have died soon after its final meal, because the bones of a smaller can be fish seen within it.

However, recent findings such as embryos found in other placoderms, caused Johanson and her colleagues to take another look at the fossil.

‘The position of the embryo in this fish is the same as that of another found with a placoderm embryo in it in 2008.’ So they decided to reassess the description for the Incisoscutum ritchiei fossil.

The team came to the conclusion that the ‘meal’ was in fact a young fish developing in the womb of an adult.

‘The embryo in Incisoscutum ritchiei was in its final stages of development, inside its mother, waiting to be born,’ continues Dr Johanson.

‘This specimen shows just how important the Museum collections are because knowledge evolves and we have new interpretations that we can apply to fossils in the collections.'

Pelvic fin

A modification of the pelvic fin on the belly of the adult fish is also significant. This structure, or clasper, would have been used by the male to grip the female during mating.

Armoured fish

Illustration of a placoderm, an extinct group of armoured fish that lived around 350 million years ago © John Long, Museum Victoria

1. Placoderms were a diverse group of prehistoric fish. Their head and thorax were covered by articulated armoured plates and the rest of the body had scales or was naked, depending on the species.
2. Thought to be the most primitive jawed vertebrates, placoderms were the dominant vertebrate group during the Devonian period.
3. It was thought they went extinct due to competition from the first bony fish and early sharks.
4. But now research has shown that the last placoderms died out one by one as each of their ecological communities suffered the environmental catastrophes of the Devonian/Carboniferous extinction event.

Achado fóssil de peixe com quatro patas na Letônia

Achado fóssil de peixe com quatro patas na Letônia

Divulgado em 2008

Um fóssil muito bem conservado do peixe com quatro patas (tetrápode) Ventastega curonica, que viveu há mais de 300 milhões de anos, fornece novas pistas para compreender como foi a transição dos animais aquáticos para os terrestres, diz um estudo publicado na revista científica britânica Nature.

Uma equipe da Universidade de Uppsala (Suécia) descreveu o crânio, os ossos do ombro e uma parte da pélvis do Ventastega fossilizado, descoberto na Letônia.

Esta espécie tem o crânio como o de um tetrápode primitivo, mas suas proporções são mais parecidas com as de um peixe e sua mandíbula está a meio caminho entre ambos.

O Ventastega já passou por mudanças no formato da cabeça em relação a seus antepassados, com os olhos e lábios maiores e um crânio que começa a encolher.

Os cientistas afirmam que esta espécie preenche a lacuna morfológica evolutiva entre o peixe de nadadeiras lobadas (arredondadas) Tiktaalik e os tetrápodes primitivos, como o Acanthostega e o Ichtyostega.
Segundo a equipe de pesquisa, este estudo constata que estes animais se diversificaram muito antes do imaginado e ajuda a reconstruir a seqüência de eventos que possibilitou esta evolução animal.

A transição de animais vertebrados da água para a terra ocorreu durante o último período Devoniano - há entre 380 e 360 milhões de anos - e exigiu muitas mudanças fisiológicas e morfológicas.

Nos últimos 20 anos, os cientistas começaram a unir peças para saber como ocorreu esta transição, apesar de os avanços serem lentos por causa do estado precário no qual foram encontrados os fósseis, freqüentemente despedaçados.

Fonte: http://noticias.terra.com.br/ciencia