Por que os fósseis apresentam tantas cores?

Autor: Jayson Kowinsky

Dentes fósseis de Megalodon mostrando uma ampla gama de cores. Eles eram todos originalmente brancos como marfim, como dentes de tubarão modernos antes de serem fossilizados.

O processo básico de fossilização lida com a substituição de minerais à medida que restos, como ossos, ficam enterrados no solo. A pressão de estar enterrado no solo faz com que os minerais , que são naturalmente dissolvidos na água subterrânea, se infiltrem nos ossos, precipitem e preencham as lacunas microscópicas. O material orgânico, ou original, no osso se decompõe com o tempo, enquanto os minerais preenchem as áreas vazias onde o material orgânico estava. No final, o osso retém muito pouco ou nenhum material orgânico e, em vez disso, está cheio de minerais endurecidos. Como resultado, o peso do osso aumenta drasticamente e a cor muda para a dos minerais substituídos.

Minerais diferentes produzem cores diferentes

Como os minerais vêm em uma infinidade de cores, os fósseis também vêm em uma ampla variedade de cores. Alguns exemplos incluem fosfato, que é um mineral comum para substituir dentes de tubarão . O fosfato é um mineral preto azeviche. Se o fosfato substituir o material original, o fóssil ficará preto. Áreas com muito ferro no solo produzirão fósseis de cor vermelha e laranja. Além disso, áreas com argila cinza e calcário darão uma cor cinza-esverdeada ou cinza-amarelada, como os dentes de tubarão na Carolina do Norte.

Complicações

Fica mais complicado do que as explicações simples acima. Há nuances adicionais a serem consideradas, como densidade do material original, pressão, calor, reações químicas, tempo enterrado, saturação, acidez e muito mais. Por exemplo, se olharmos para dentes de tubarão, eles têm dentina muito densa formando a coroa e material muito poroso formando a raiz. Por causa disso, menos minerais substituirão material na coroa do que na raiz. Essa substituição mineral desigual produzirá uma diferença na cor e na dureza da raiz do dente de tubarão em relação à coroa.

Um dente fóssil de Megalodon da Flórida mostrando esse fenômeno onde os minerais lixiviaram da raiz mais porosa após a fossilização, deixando-a com uma cor diferente da coroa.

Outro exemplo de complicações lida com a grande quantidade de tempo que os fósseis foram enterrados. Ao longo de milhões de anos, muitos minerais diferentes podem penetrar e sair dos fósseis, cada um conferindo cores diferentes. Um exemplo interessante de múltiplas substituições minerais vem de fósseis de plantas brancas em xistos negros que são encontrados em áreas como o centro da Pensilvânia e partes da Alemanha. Essas plantas caíram em águas pobres em oxigênio e foram rapidamente soterradas por finos sedimentos cinzentos. Os sedimentos cheios de plantas eventualmente se subtraíram nas profundezas do solo, onde o calor e a pressão cozinharam as plantas, deixando um filme de carbono negro como cinzas. A pirita no solo substituiu esse filme de carbono e criou fósseis de plantas alaranjadas. Porém, posteriormente, por meio de reações de oxidação e substituição, a pirita foi substituída por uma substância branca chamada pirofilita e muitos dos fósseis alaranjados ficaram brancos. Hoje é possível encontrar esses belos fósseis brancos preservados em xisto negro.

Samambaias fósseis brancas da Central PA. As cores laranja são da pirita e as cores brancas são da pirofilita.

Às vezes, há estrias ou padrões de “relâmpago” em fósseis, como dentes de tubarão. Fósseis descansando contra outro objeto no subsolo, como seixos e raízes, causam isso. Pequenas raízes de árvores que crescem contra o fóssil irão lixiviar os minerais, tornando a cor mais clara. Quando o fóssil se erode, as minúsculas raízes das árvores se soltam e o que resta são pequenos padrões de raios.

Um fóssil de trilobita Coltraneia com uma concha multicolorida. Isso se deve ao fato de um lado do trilobita estar mais próximo de uma falha na rocha. A água aquecida que flui através desta falha sugou o mineral da casca e/ou depositou novos minerais, causando a mudança de cor.

Às vezes, as cores reais podem ser preservadas

Às vezes, uma pequena quantidade de material original permanece em um fóssil. Este material orgânico fica preso entre os minerais. Normalmente, essas manchas orgânicas são apenas pedaços microscópicos, mas com as técnicas avançadas de hoje combinadas com microscópios eletrônicos e espectroscopia de massa iônica, os paleontólogos podem estudar os vestígios químicos deixados por essas quantidades mínimas de material original e deduzir todos os tipos de informações sobre o animal e, às vezes, até o cor. Usando essas técnicas modernas, descobriu-se que penas e pele bem preservadas têm melanossomos com pigmentação preservada e os paleontólogos podem deduzir as cores e os padrões de cores do animal.

Grandes exemplos de preservação de cores incluem mosassauros e penas de dinossauros. Um mosassauro com manchas de pele bem preservadas mostra que tinha pigmentação escura. Isso significa que os mosassauros eram de uma cor cinza muito escura ou preta, semelhante aos cachalotes (Lindgren et al. 2014).

Escamas fósseis do espécime de mosassauro: SMU 76532 onde os melanossomas foram encontrados. Eles indicam que o mosassauro tinha uma coloração escura, como um cachalote. Imagem de Johan Lindgren (Lindgren et al., 2014).

Alguns esquemas de cores de dinossauros também foram determinados. Estruturas nas penas do terópode Sinosauropteryx têm pigmentos que mostram que ele tinha penas alaranjadas com cauda listrada (Smithwick et al. 2017). O dinossauro chamado Anchiornis huxleyi tinha um corpo quase todo preto com detalhes em branco e tinha um cocar laranja escuro e sardas na cabeça (Li et al. 2010).

Reconstrução da cor da plumagem do dinossauro jurássico A. huxleyi. Placa colorida de MA DiGiorgio / Figura 4 de Li et al. 2010

Conclusão

Os fósseis têm uma grande variedade de cores não devido à cor original do organismo, mas devido ao complicado processo de mineralização. Alguns tipos e padrões de cores são muito procurados por colecionadores e aumentam muito o valor de um fóssil. Um dente de tubarão vermelho manchado da “Zona de Fogo” em Bakersfield será muito mais valioso do que um dente de azeviche similar da Carolina do Sul. Quando tiver tempo, olhe para as cores dos seus fósseis e imagine todos os diferentes processos pelos quais eles passaram!

C. Dentes de tubarão Planus da “Zona de Fogo” em Bakersfield, CA. O nome vem da aparência manchada de vermelho dos fósseis encontrados na camada.

Trabalhos citados

Li, Q., Gao, K., Vinther, J., Shawkey, M., Clarke, J., D'Alba, L., Meng, Q., Briggs, D., Miao, L., & Prum, R. (2010). Padrões de cores de plumagem de um dinossauro extinto. Science DOI: 10.1126/science.1186290

Lindgren, J., Sjövall, P., Carney, R. et al. (2014). A pigmentação da pele fornece evidências de melanismo convergente em répteis marinhos extintos. Nature 506, 484–488 doi:10.1038/nature12899

Smithwick, F., Nicholls, R., Cuthill, I., & Vinther, J. (2017). Contra-sombreamento e listras no dinossauro terópode Sinosauropteryx revelam habitats heterogêneos na Biota Jehol do Cretáceo Inferior. Current Biology, 27(21), 3337-3343.e2. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.09.032

Archaeopteryx: The Transitional Fossil

By Joseph Castro, Live Science Contributor | March 14, 2018 12:06pm ET 

Os paleontologistas há muito acham que os fósseis do Archaeopteryx, incluindo este descoberto na Alemanha, colocaram o dinossauro na base da árvore evolucionária das aves. Evidências recentes sugerem que a besta pode ter sido um dinossauro parecido com um pássaro.

Credit: Humboldt Museum für Naturkunde Berlin

 

Os paleontólogos veem o Archaeopteryx como um fóssil de transição entre dinossauros e pássaros modernos. Com sua mistura de características aviárias e reptilianas, foi por muito tempo visto como o mais antigo pássaro conhecido. Descoberto em 1860 na Alemanha, é por vezes referido como Urvogel, a palavra alemã para "pássaro original" ou "primeiro pássaro". Descobertas recentes, no entanto, deslocaram o Archaeopteryx de seu alto título.

Os paleontologistas há muito acham que os fósseis do Archaeopteryx, incluindo este descoberto na Alemanha, colocaram o dinossauro na base da árvore evolucionária das aves. Evidências recentes sugerem que a besta pode ter sido um dinossauro parecido com um pássaro.Credit: Humboldt Museum für Naturkunde Berlin

O Archaeopteryx é uma combinação de duas palavras gregas antigas: archaīos, que significa "antigo", e ptéryx, que significa "pena" ou "asa".  

Existem duas espécies de Archaeopteryx: A. lithographica e A. siemensii. O Archaeopteryx viveu cerca de 150 milhões de anos atrás - durante o início do período Tithonian no final do período jurássico - no que hoje é a Baviera, no sul da Alemanha. 

Na época, a Europa era um arquipélago e estava muito mais próxima do equador do que é hoje, com latitude semelhante à da Flórida, fornecendo essa ave basal, ou "pássaro-caule", com um clima razoavelmente quente - embora provavelmente seco -.

Poderia voar?

Pesando 1,8 libras. para 2,2 lbs. (0,8 a 1 quilograma), o Archaeopteryx tinha aproximadamente o tamanho do corvo comum (Corvus corax), de acordo com um artigo de 2009 da revista PLOS ONE. Tinha asas largas com extremidades arredondadas e uma cauda longa para o comprimento do corpo, que era de até 20 polegadas (50 centímetros) no total.

Vários espécimes de Archaeopteryx mostraram que tinha penas de voo e cauda, ​​e o "espécime de Berlim" bem preservado mostrou que o animal também tinha plumagem corporal que incluía penas de "calças" bem desenvolvidas nas pernas. Sua plumagem corporal era baixa e fofa como as do terópode de penas Sinosauropteryx, e pode até ter sido "proto-penas parecidas com pelos" que se assemelham a pele de mamíferos, de acordo com um artigo publicado em 2004 na revista. Comptes Rendus Palevol.

Curiosamente, os espécimes de Archaeopteryx encontrados até agora não têm qualquer embandeiramento na parte superior do pescoço e cabeça, o que pode ser um resultado do processo de preservação. Com base em suas asas e penas, os cientistas acreditam que o Archaeopteryx provavelmente tenha algumas habilidades aerodinâmicas. "As penas de contorno na asa e no lado das caudas do Archaeopteryx têm uma forma assimétrica, que geralmente está relacionada a uma performance aerodinâmica mais alta", disse Christian Live, paleontólogo da Universidade de Friburgo, na Suíça. "Assim, é muito provável que o Archaeopteryx possa voar, mas é difícil julgar se é um flapper ou um planador."

O Archaeopteryx tinha uma cintura escapular primitiva que provavelmente limitava suas habilidades de flapping, mas também provavelmente vivia em áreas sem grandes árvores para planar, e sua estrutura de garras sugere que provavelmente não subia com frequência ou se empoleirava em árvores. "Portanto, achamos que ele poderia realizar um simples voo de flapping por uma distância muito curta, talvez em relação ao comportamento de caça ou fuga", disse Foth.

Um estudo de 2018 publicado na revista Nature Communications também encontrou evidências de que o Archaeopteryx poderia voar, embora não como qualquer pássaro vivo hoje em dia. Os pesquisadores usaram a microtomografia síncrotron - uma ferramenta que usa radiação para fazer reconstruções digitais ampliadas em 3D de um objeto - para estudar os fósseis da criatura jurássica. Apesar de o Archaeopteryx não ter as mesmas características em seus ombros que ajudam os pássaros modernos a voar, suas asas pareciam as dos pássaros modernos que voam, eles descobriram. A análise dos dados demonstrou ainda que os ossos do Archaeopteryx são mais próximos dos de aves como faisões que ocasionalmente usam o voo ativo para atravessar barreiras ou desviar de predadores, mas não para planar e planar como muitas aves de rapina e algumas aves marinhas otimizado para o voo duradouro ", disse em um comunicado o pesquisador Emmanuel de Margerie, co-pesquisador do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) em Toulouse, na França. 

Dado que o Archaeopteryx é o mais antigo membro voador da linhagem avialan já registrada, é provável que "o voo dinossauro ativo tenha evoluído ainda mais cedo", estuda o co-pesquisador Stanislav Bureš, pesquisador da Universidade de Palacký, na República Tcheca. Outra pesquisa, apresentada na reunião da Sociedade de Paleontologia de Vertebrados de 2016 em Salt Lake City, descobriu que o Archaeopteryx teria sido capaz de voar sem correr primeiro no chão, reportou a Live Science.

 

An artist's interpretation of what Archaeopteryx looked like in flight. Credit: Jana Růžičková

Em um estudo de 2011 publicado na revista Nature Communications, os cientistas determinaram que as penas do Archaeopteryx eram negras. Mas uma nova análise, que foi publicada em 2013 no Journal of Analytical Atomic Spectrometry e usou métodos diferentes, sugere que as penas de voo do Archaeopteryx tinham uma coloração diferente, possivelmente sendo leve (ou branca) com pontas pretas. Por outro lado, estudos de plumagem de terópodes parecidos com pássaros (dinossauros predadores) e aves basais sugerem que os animais tinham padrões complexos de cores e iridescentes, que possivelmente também estavam presentes no Archaeopteryx. "Isso indica que esses dinossauros e aves basais provavelmente já usaram sua plumagem para sinalizar (em relação ao reconhecimento de espécies [e] acasalamento) como os pássaros modernos", disse Foth. "Além disso, a cor pode ser importante para a camuflagem".

Em 2014, Foth e seus colegas analisaram a plumagem de um novo espécime esquelético (o 11o espécime, que é de propriedade privada e ainda assim para ser nomeado) e o comparou com os de terópodes semelhantes a pássaros e outros pássaros basais. Sua análise, publicada na revista Nature, mostrou que penas de contorno (penas mais importantes que são importantes para o voo) já estavam presentes em dinossauros que não voam e que a plumagem em diferentes regiões do corpo variava muito entre as espécies. ninhada, camuflagem e exibição em vez de voo. "No Archaeopteryx, as penas de contorno das asas e da cauda adquiriram uma função aerodinâmica adicional, mas secundariamente", disse Foth. 

Apesar de algumas de suas características aviárias, o Archaeopteryx tinha mais em comum com pequenos terópodes parecidos com pássaros (particularmente dromaeossaurídeos e troodontídeos) do que os pássaros modernos. Essas características incluíam mandíbulas com dentes afiados, três dedos com garras, uma longa cauda óssea, segundos dedos hiperextensíveis ("matar garras") e várias outras características do esqueleto. 

O que o Archaeopteryx comeu?

Não se sabe muito sobre a dieta do Archaeopteryx. No entanto, era um carnívoro e pode ter comido pequenos répteis, anfíbios, mamíferos e insetos. É provável que tenha tomado pequenas presas apenas com suas mandíbulas e possa ter usado suas garras para ajudar a prender presas maiores. 

Fossil finds

O Archaeopteryx foi descoberto pela primeira vez em 1860 ou 1861, quando uma pena solitária foi desenterrada de depósitos de calcário perto de Solnhofen, na Alemanha. 

Esta pena, no entanto, pode ter vindo de outro proto-pássaro não descoberto. Em 1861, o primeiro esqueleto de Archaeopteryx, que estava faltando a maior parte de sua cabeça e pescoço, foi desenterrado perto de Langenaltheim, na Alemanha. Como forma de pagamento, foi entregue a um médico, que depois o vendeu ao London Natural History Museum. A descoberta coincidiu com a publicação de "Sobre a Origem das Espécies", de Darwin, e o espécime, apelidado de London Specimen, pareceu confirmar suas teorias. O Archaeopteryx desde então se tornou central para o entendimento da evolução.

O esqueleto mais completo, o espécime de Berlim, foi descoberto em 1874 ou 1875 perto de Eichstatt, na Alemanha, pelo fazendeiro Jakob Niemeyer, que o vendeu em 1876 ao estalajadeiro Johann Dörr. Através de várias transações, o fóssil, que é o primeiro encontrado para ter uma cabeça intacta, acabou por ser no Humboldt Museum fur Naturkunde, onde ainda reside. Outros espécimes incluem, entre outros, o espécime de Maxberg, o espécime de Eichstätt, e o espécime de Haarlem, que foi classificado originalmente como uma espécie de Pterodactylus. O 12o e último espécime de Archaeopteryx a ser encontrado foi descoberto em 2010 e anunciado em 2014, mas ainda não foi descrito cientificamente. 

 

Learn about the Jurassic-era creature that bridges the gap between dinosaurs and birds.

Credit: Ross Toro, Livescience contributor

Destronado como primeiro pássaro

Descobertas recentes da China, Mongólia e Argentina abalaram o que os paleontologistas sabiam sobre a relação entre pássaros-tronco e terópodes semelhantes a aves. Em 2011, cientistas descobriram um fóssil em Liaoning, na China, cuja combinação de características inesperadas sugeriu que o Archaeopteryx era na verdade apenas um parente da linhagem que deu origem às aves. Quando os pesquisadores analisaram as características do novo espécime, Xiaotingia zhengi e Archaeopteryx, eles concluíram que ambos os animais pertenciam ao grupo de dinossauros Deinonychosauria - terópodes semelhantes a pássaros, que inclui o Velociraptor e o Microraptor - em vez do grupo Avialae. 

A análise, publicada na Nature, também sugeriu que a mais antiga avialan conhecida é uma criatura de penas do tamanho de um pombo conhecida como Epidexipteryx hui, descoberta recentemente na Mongólia Interior, na China. No entanto, análises subsequentes (incluindo o estudo de 2014 de Foth) sobre Archaeopteryx, Xiaotingia e outras criaturas, como Aurornis e Anchiornis, restauraram o Archaeopteryx em suas raízes Avialae. "Aqui, o Archaeopteryx acabou por ser um pássaro basal, novamente", disse Foth. "Curiosamente, também encontramos Anchiornis e Xiaotingia no ramo do pássaro-tronco, ainda mais basal do que o Archaeopteryx. Por definição, esses caras seriam os mais antigos representantes de pássaros-tronco, mas o Archaeopteryx seria o primeiro representante definitivamente lutável. "

Additional reporting by Live Science Contributor Kim Ann Zimmermann and Live Science Senior Writer Laura Geggel.

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Archaeopteryx e o elo perdido entre aves e dinossauros

Archaeopteryx – Ilustração: NobuTamura (http://paleoexhibit.blogspot.com) (http://spinops.blogspot.com/)/ Creative Commons

Solnhofen, Alemanha, 1861. Em uma pedreira, trabalhadores acham a impressão de uma pena em uma placa de calcário . Ela aparenta ser comum e não possui nenhuma característica extraordinária, exceto sua idade: 145 milhões de anos. O local havia sido um lago superficial de água quente e salgada, onde poucas formas de vida conseguiam sobreviver. Mas, eventualmente, alguns animais acabavam aprisionados ali. Crustáceos, insetos, dinossauros e pterodáctilos ficaram imortalizados após se transformarem em fósseis no fundo da lagoa. Assim como aquela pena. Mas de onde ela veio? Somente aves possuem penas. Que tipo de animal conviveu com dinossauros e dividiu os céus com pterodáctilos? As respostas viriam alguns meses depois.

O fóssil de um animal estranho foi encontrado próximo a cidade de Langenaltheim, Alemanha. Ele poderia ser tanto uma ave quanto um réptil. Tinha membros adornados com penas, como acontece com as aves atuais. Certamente poderiam ser descritos como asas, mas essas asas tinham dedos separados, cada um dotado de uma garra. A cauda era longa e com ossos densos, como a de um lagarto – exceto pelas penas que brotavam por todos os lados. O crânio estava danificado, mas um pedaço da mandíbula inferior deixava claro que o animal possuía dentes. A espécie foi colocada no grupo dos terópodes (que inclui o Tyrannosaurus rex e o Velociraptor) e recebeu o nome de Archaeopteryx (asa antiga). Será que o elo perdido entre aves e dinossauros havia sido encontrado?

Fósseis de Archaeopteryx – Fotos: H. Raab – Creative Commons

A descoberta causou barulho na comunidade científica. Charles Darwin tinha publicado A Origem das Espécies havia dois anos. Em seu livro, diz que todos os organismos são descendentes de seres que viveram anteriormente. Mas grande parte da comunidade científica da época aceitava a ideia de que Deus havia criado cada espécie individualmente. O novo fóssil sugeria que os répteis poderiam ter dado origem às aves e começava a mudar a opinião de muita gente.
A questão agora era entender porque esses animais desenvolveram essas estruturas. Será que o surgimento das penas estaria ligado ao surgimento do voo?

Essa pergunta começou a ser respondida em 1996, quando paleontólogos chineses descobriram o fóssil de outro terópode: Sinosauropteryx. Uma fileira de filamentos finos e ocos, que ia da cabeça até a cauda do animal, era visível na rocha calcária. Porém, a analise do esqueleto era clara: esses bichos se locomoviam no solo e não podiam voar. Então, por que essas criaturas tinham penas?

Fóssil de Sinosauropteryx mostra uma camada de penas que vai da cabeça até o final da cauda do animal – Foto: Sam /Olai Ose/Skjaervoy/ Creative Commons

Sinosauropteryx – Ilustração: Nobu Tamura (http://spinops.blogspot.com)/Creative Commons

Talvez o Sinosauropteryx pudesse gerar calor e as penas funcionariam como um isolante térmico. Assim ele conseguiria manter a temperatura durante a noite. Na manhã seguinte, o animal poderia sair para caçar antes do sol aquecer os corpos de seus competidores de sangue frio.

Existe outra possibilidade: as penas poderiam ser a diferença entre o sucesso e o fracasso na hora do acasalamento. Elas teriam surgido com a função de atrair um parceiro para a reprodução (como no caso do pavão). Os fósseis que começaram a surgir a partir de 1996 começaram a dar sustentação para essa hipótese e mostram uma transição gradual entre os terópodes e as aves. Uma das descobertas mais promissoras foi o fóssil de Anchiornis, um animal do tamanho de uma galinha com penas pretas e brancas que cobriam o corpo e uma crista vermelha que adornava a cabeça. As penas do animal eram quase idênticas às usadas pelas aves para voar, mas eram simétricas e frágeis demais para o voo. É possível que a evolução dessa plumagem extravagante seja fruto da seleção sexual, assim como a cauda do pavão.

Bolsas microscópicas, denominadas melanossomos, foram descobertas no interior das penas de alguns fósseis. Dependendo do estado de conservação dessas bolsas os cientistas conseguem saber as cores das penas dos animais. O Anchiornis tinha penas pretas e brancas que cobriam o corpo e uma crista vermelha que adornava a cabeça – Ilustração: Nobu Tamura (http://spinops.blogspot.com)/Creative Commons

Faltava ainda responder uma questão crucial: Como e quando surgiu a habilidade de voar? A transição final de um animal terrestre com penas para uma espécie capaz de conquistar o espaço aéreo ainda gera debate. Alguns pesquisadores dizem que os dinossauros emplumados desenvolveram o voo a partir do solo, batendo as asas enquanto corriam. Outros afirmam que os animais usavam as penas para sustentar o corpo ao saltar da copa das árvores, depois começaram a planar até que desenvolveram a capacidade de bater as asas. Talvez ambas as teorias estejam certas. Talvez a habilidade de voar tenha surgido em diferentes espécies de dinossauros. Talvez, ao olhar para as aves de hoje, vemos o resultado de apenas uma dessas transições.
De uma forma ou de outra o Archaeopteryx continua sendo uma das descobertas científicas mais revolucionárias da história e permanece como a maior prova da evolução que pode ser encontrada no fundo de um lago superficial de água quente e salgada.