Este estranho parente de ouriço-do-mar de 500 milhões de anos perdeu seu esqueleto

Também um parente da estrela do mar, o Yorkicistis recentemente descoberto é um mistério científico.

POR SAMUEL ZAMORA / A CONVERSA | PUBLICADO EM 25 DE MAIO DE 2022 ÀS 15H

• ANIMAIS

Reconstrução do Yorkicistis haefneri pré-histórico adaptado a partir de evidências fósseis, criado por Hugo Salais.ESTÚDIO METAZOA 

 

 

Este artigo foi originalmente apresentado no The Conversation .

Após quatro anos de escavação de fósseis em um cemitério em York, Pensilvânia, o paleontólogo amador Chris Haefner fez uma descoberta intrigante. “Eu sabia que valia a pena manter”, disse ele. Ele postou sua descoberta no Facebook.

Eu localizei seu post e percebi que era uma grande descoberta:  eu estudo invertebrados fósseis  no Conselho de Pesquisa Espanhol. Quando entrei em contato com Haefner, ele concordou em doar o fóssil para o Museu de História Natural de Londres.

Trabalhando com colegas nos EUA e no Reino Unido, determinamos que este era um parente de 510 milhões de anos das estrelas-do-mar e dos ouriços-do-mar de hoje. É altamente original, novo para a ciência e tem apenas um esqueleto parcial. Demos-lhe o nome de  Yorkicistis haefneri , em homenagem ao seu descobridor.

Yorkiccystis  revelou novas informações sobre como a vida primitiva estava evoluindo na Terra no momento em que a maioria dos grupos de animais de hoje apareceu pela primeira vez.

Ouriços-do-mar estão entre  os parentes sobreviventes de Yorkiccystis . Samuel Zamora,  CC BY-ND

A explosão cambriana

Yorkicistis  viveu durante a “explosão cambriana”, 539 milhões a 485 milhões de anos atrás. Antes dessa época, bactérias e outros organismos microscópicos simples viviam ao lado  da fauna ediacara , criaturas misteriosas e de corpo mole sobre as quais os cientistas pouco conhecem.

O Cambriano trouxe uma enorme proliferação de espécies que emergiram dos mares. Eles incluíam grupos de organismos que acabariam por dominar o planeta e representantes da maioria dos grupos de animais de hoje.

Dentro de alguns milhões de anos, apareceram animais complexos com esqueletos e conchas duras. Por que isso aconteceu ainda não está claro, mas  uma grande mudança na química do oceano , com uma maior concentração de carbonato de cálcio, provavelmente desempenhou um papel fundamental.

Os equinodermos não foram os primeiros encontrados no registro geológico. Os braquiópodes – animais marinhos que viviam protegidos dentro de conchas – os antecederam. O mesmo aconteceu  com os artrópodes , um grupo que tinha exoesqueletos de calcita bem formados  , incluindo  trilobitas .

Para contextualizar, os dinossauros apareceram 294 milhões de anos após o início do Cambriano.

Os primeiros equinodermos

Existem mais de  30.000 espécies de equinodermos extintas , mas são muito raras em locais com preservação cambriana excepcional, como  Burgess Shale  no Canadá e  Chengjiang na China .

Alguns dos primeiros equinodermos primitivos eram bem diferentes de seus parentes atuais, que têm cinco braços que se estendem do centro de seus corpos, uma estrutura chamada “simetria pentâmera”.

Os equinodermos cambrianos tinham uma ampla gama de  estruturas corporais . Os eocrinóides  tinham corpos em forma de vasos protegidos por placas com padrões geométricos e várias estruturas semelhantes a braços. Helicoplacoides , em forma de charutos gordos, eram revestidos em armadura de calcita com uma “boca” que espiralava ao redor de seu corpo. As espécies de blastóides  assumiram várias formas, muitas vezes lembrando flores exóticas.

O Edrioasteroidea parecia semelhante à  estrela do mar de hoje , e com cinco braços que irradiavam de sua boca, é o organismo com o qual  Yorkicistis haefneri  mais se assemelha. Então nós  o classificamos dentro deste grupo  na árvore evolutiva.

Yorkicistis , o equinoderme sem esqueleto

Enquanto muitos organismos cambrianos formaram esqueletos sofisticados e estruturas de defesa para protegê-los de predadores,  Yorkicistis  fez o oposto. Ele “desmineralizou” seu esqueleto. Era um animal parcialmente macio, sem proteção em grande parte de seu corpo.

Para entender a anatomia desse organismo, fizemos parceria com um paleoilustrador para visualizar essa criatura a partir da evidência fóssil que tínhamos. Hugo Salais primeiro modelou cada parte do esqueleto em 3D e depois usou isso para criar uma reconstrução, uma réplica de alta resolução.

A partir dessa réplica, observamos que apenas seus braços, ou ambulacras, estavam calcificados, protegendo seus “sulcos alimentares” – suas partes de alimentação, que são amarelas no fóssil. Uma série de placas cobria seus tentáculos e abria e fechava durante a alimentação. O resto do corpo era macio, representado no fóssil por uma película escura enriquecida com carbono.

A maioria dos equinodermos atuais, encontrados desde as costas do mundo até as profundezas abissais escuras do oceano, tem um esqueleto interno. As exceções são os pepinos-do-mar e algumas espécies que vivem enterradas no fundo do mar. Seus esqueletos, como  Yorkicistis , são formados por placas porosas de calcita.

Representantes de equinodermos cambrianos com esqueleto de calcita mineralizado. A. Ctenocistoide. B. Cinta. C. Helicoplacóide. D. Soluto. E. Eocrinóide. F. Edrioasteróide. Samuel Zamora,  CC BY-ND

Dando  vida ao Yorkicistis 

Como paleontólogos, buscamos entender os organismos extintos. Yorkiccystis  apresentou um grande desafio, pois não se conhece nenhum animal semelhante, nem vivo nem extinto.

Muito pouco se sabe sobre por que e como alguns equinodermos perderam partes de seu esqueleto. Mas os avanços na biologia molecular revelaram que existe  um conjunto específico de genes  responsáveis ​​pela formação de um esqueleto nos equinodermos. Todos os equinodermos vivos carregam esses genes; assumimos que os grupos extintos também o fizeram.

Mas em  Yorkicistis , há uma diferença marcante entre a calcificação de seus raios, ou braços, e a falta dela no resto do corpo. Levanta a hipótese de que os genes envolvidos na formação do esqueleto podem ter atuado de forma independente em diferentes partes do corpo de  Yorkiccystis . É um mistério que apenas os biólogos moleculares serão capazes de desvendar.

Nossos estudos nos permitiram formar algumas hipóteses sobre esse animal, embora muitas questões permaneçam. Acreditamos que sem um esqueleto em uma parte importante de seu corpo, o  Yorkicistis  foi capaz de conservar energia para outros processos metabólicos, como alimentação ou respiração. Também aumentou a flexibilidade, permitindo uma respiração mais ativa por meio de bombeamento.

Há outra possibilidade intrigante: a falta de esqueleto pode estar relacionada a algum tipo de sistema de proteção ao ferrão, como o usado pelas anêmonas atuais  que paralisam as presas  com células urticantes nos tentáculos que cercam suas bocas. Essa pergunta, porém, e muitas outras, não podem ser respondidas apenas com um fóssil.

Mas a descoberta surpreendente de  Yorkiccystis  forneceu mais informações sobre um período na história evolutiva divergente no início da explosão cambriana, uma época em que alguns organismos adotaram esqueletos para evitar predadores – e outros se adaptaram de maneiras muito diferentes.

Samuel Zamora é Cientista Principal de Paleontologia do Instituto Geológico y Minero de España (IGME – CSIC). Divulgação: Samuel Zamora recebe financiamento do Ministério da Ciência, Inovação e Universidades da Espanha (concessão no CGL2017-87631), cofinanciado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional e o projeto 'Aragosaurus: Recursos Geológicos y Paleoambientales' (E18_17R) financiado pelo Governo de Aragão.

Estudo investiga evolução durante a explosão cambriana

 

 

por University of West Georgia

20 de março de 2020. 

O equinoderma ancestral hipotético está no centro do gráfico, com vias evolutivas irradiando para fora durante e após a Explosão dos Cambrianos para estabelecer os principais planos corporais do equinoderma, de ouriços a nenúfares. Crédito: Deline, et. al.

Um novo estudo realizado por uma equipe internacional de cientistas revelou os mecanismos de desenvolvimento e evolução subjacentes à origem de um grande filo.

A explosão cambriana foi um evento crucial na história da vida, meio bilhão de anos atrás, com o surgimento repentino de dezenas de planos distintos para o corpo dos animais. Após essa explosão inicial de inovação, o surgimento de novos planos corporais diminuiu. Esse padrão intrigou e intrigou os cientistas e levou a hipóteses sobre as influências ecológicas e de desenvolvimento na evolução animal .

 

O estudo investiga as questões sobre se esse padrão resultou de oportunidades ecológicas abundantes no início da história da vida, que foram amortecidas pela concorrência ao longo do tempo ou de mudanças evolutivas no crescimento e desenvolvimento que limitam a inovação evolutiva ao longo do tempo.

 

Bradley Deline - principal autor do estudo, da Universidade da Geórgia Ocidental (EUA) - reuniu uma equipe de especialistas para resolver essa questão, compilando as vastas características anatômicas encontradas nos equinodermes.

 

Esse filo, que inclui estrelas do mar e ouriços do mar, foi ideal para este estudo, pois contém uma incrível riqueza de formas e recursos, especialmente no início de sua história evolutiva .

"Com essas informações, podemos rastrear a evolução de formas complexas e abordar questões fundamentais sobre os mecanismos que governam a aparência geral dos animais ao longo do tempo", disse Deline.

 

Os cientistas argumentaram que os recursos que definem os planos do corpo animal se tornaram cada vez mais elaborados ao longo do tempo, de modo que eles se tornam sobrecarregados por sua própria complexidade. Esse fardo poderia impedir mudanças e explicaria a falta de novos filos desde a Explosão dos Cambrianos.

 

Estudos recentes em animais modernos mostram interações genéticas que espelham essa hipótese na qual os genes e interações genéticas que governam características complexas são conservados ao longo do tempo. No entanto, os animais modernos são removidos 500 milhões de anos da origem de seu filo, de modo que essas perguntas só possam ser respondidas com o registro fóssil.

Colin Sumrall, da Universidade do Tennessee (EUA), trabalhou para integrar essa riqueza de informações com uma nova e expansiva árvore evolutiva dos primeiros equinodermes. Isso mostrou a exploração constante dos planos corporais ao longo do tempo, que se tornaram distintivos com a extinção de formas transitórias.

 

No entanto, a distinção dos planos corporais foi subsequentemente diminuída, com os animais convergindo independentemente em formas semelhantes.

 

"Isso destaca a incrível complexidade dos equinodermos, com tantos grupos chegando a soluções semelhantes para obter sucesso", explicou Sumrall. "Existem muitos exemplos de equinodermos que continuam a mudar drasticamente por muito tempo após a explosão cambriana".

 

O co-autor Jeffrey Thompson, da University College London (Reino Unido), sugeriu testar mecanismos de desenvolvimento comparando a estabilidade evolutiva de recursos complexos e simples nos equinodermos.

"Não vemos diferença na estabilidade ou nos padrões evolutivos em características simples e complexas", exclamou Thompson. "Caracteres de larga escala são flexíveis, permitindo que os equinodermes rompam rotineiramente as restrições, permitindo a inovação evolutiva contínua"

Portanto, com base nos resultados deste estudo, o principal fator que limita esse vasto potencial de mudança evolutiva parece ser uma oportunidade ecológica, em vez de processos de desenvolvimento rigidamente restritos.

 

Este estudo, juntamente com o trabalho com animais modernos, esclarece a evolução e o desenvolvimento durante a Explosão Cambriana e além, nos quais recursos complexos e pesados ​​retêm flexibilidade, permitindo mudanças contínuas e inovação anatômica em um mundo em constante mudança.

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Explorar mais

Origens evolutivas da biodiversidade animal

Fossil found near Bonavista one of 'the most important fossils in the world,' scientist says

Haootia quadriformis might look like a squished bat, but it's an important part of the fossil record

CBC News · Posted: Oct 25, 2019 1:58 PM NT | Last Updated: October 25

The Haootia quadriformis fossils may be the earliest evidence of animal muscle tissue on earth. (Submitted by Duncan McIlroy)

It might just look like the imprint of a bat squashed into a rock, kind of like the imprint an unfortunate bird leaves when it collides with a window. But paleontologist Duncan McIlroy says this unassuming item is an amazing find.

The Haootia quadriformis fossil, found in the Bonavista area a few years ago, may be the earliest evidence of animal muscle on earth, said McIlroy, from MUN's department of earth sciences.

"In my opinion, this is one of the most important fossils in the world and it's certainly the most beautiful thing that I've ever worked with," he told The St. John's Morning Show.

"Haootia" derives from a Beothuk word that means "demon," McIlroy said, but the animal itself was a jellyfish relative with four tentacles and was only about 10 centimetres tall. But despite its small stature and all-plankton diet, the Haootia fossil is important enough that it will be featured in the First Animal episode of The Nature of Things on Friday night.

When life exploded

A significant part of the Nature of Things documentary is based on the Burgess Shale, one of the world's most important fossil sites.
"This is shortly after, actually, the start of the Cambrian explosion, when there was a lot more sort of freedom in the world in that there weren't a lot of animals, so a lot of different body forms could actually be experimented with," McIlroy said.

Duncan McIlroy of Memorial University says the Haootia quadriformis fossil find is significant. (Paula Gale/CBC)

There are several hypotheses about why the Cambrian explosion happened, he said. Some scientists believe it was part of the evolution of predation, when animals began to eat other animals and evolved in an attempt to try to protect themselves. Others think it could be related to the appearance of the first burrowing animals who dug below the earth's sediment for food or protection, increasing productivity on the bottom of the sea floor.
"They eat microbes, they poop, the microbes eat the poop, the animals eat the microbes, so it started escalating the amount of food that was available," McIlroy said. More available food, and different kids of food, may have helped animals become increasingly complex — for example, giving them the minerals needed to grow teeth or shells.

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But Haootia is from 40 to 50 million years before the Cambrian explosion.
"Haootia is basically part of what we would call the long fuse to the Cambrian explosion," he said. 
"There are animals there, we just don't see very many of them, but then they explode in terms of diversity and in terms of abundance during the fossil record during the Cambrian."

Haootia's significance

But even if Haootia predates the Cambrian explosion, don't assume it's not important.
The fossil's appearance doesn't make it entirely clear just what a Haootia quadriformis was. "When we first found it, before we described it, we used to call it the squished bat," McIlroy said. "It looks like a bat that's been spread-eagled on the rock."

You need something that people accept as being definitely an animal, and this is what most people have been accepting.

- Duncan McIlroy

The fossil was found in 2013 and described in 2015. The researchers sat on the find for a bit to figure out what it was, McIlroy said, but in 2015 found another fragment in the Bonavista area that gave them some confidence there were more of these animals nearby.

Essentially, he said, the animal had a disk on a stalk and a cup, with four tentacles. It would have sat a few centimetres above the sea floor, using its tentacles to grab at bits of plankton and pop them in its mouth.
Despite the Haootia's primitive form, its fossil has been used to calibrate molecular clocks for dating when things evolve and has yet to be refuted, which McIlroy said is notable in the critical scientific world.

"You need something that people accept as being definitely an animal, and this is what most people have been accepting," he said. "It's a big deal."
In addition to learning more about Haootia quadriformis and the many animals that came after it by watching The Nature of Things on television or on CBC Gem, there will an event at The Rooms on Saturday from 3 p.m. to 4 p.m.

In addition to airing the episode, Jean-Bernard Caron of the Royal Ontario Museum will be on hand to talk about its creation and McIlroy will speak about Haootia — and to share a few new discoveries that are as-yet unpublished.

And for those interested in seeing the fossil, it's on permanent display in the third level of the Rooms.

O que provocou a explosão cambriana?

Uma explosão evolutiva há 540 milhões de anos encheu os mares com uma surpreendente diversidade de animais. O gatilho por trás dessa revolução está finalmente entrando em foco.

• Douglas Fox

16 de fevereiro de 2016

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John Sibbick / Museu de História Natural

Os mares cambrianos estavam cheios de novos tipos de animais, como o predador Anomalocaris (centro).

 

Uma série de pináculos escuros e escarpados se eleva 80 metros acima das planícies gramadas da Namíbia. Os picos lembram algo antigo - os túmulos das civilizações passadas ou as pontas das vastas pirâmides enterradas pelos séculos.

Os primeiros animais esqueléticos foram construtores de recifes

 

As formações de pedra são, de fato, monumentos de um império desbotado, mas não de nada talhado por mãos humanas. São recifes de pináculo, construídos por cianobactérias no fundo do mar raso, 543 milhões de anos atrás, durante um período conhecido como período ediacarano. O mundo antigo ocupado por esses recifes era verdadeiramente estranho. Os oceanos mantinham tão pouco oxigênio que os peixes modernos rapidamente se fundiam e morriam ali. Na época, um tapete pegajoso de micróbios cobria o fundo do mar e, naquele cobertor, havia uma variedade de animais enigmáticos, cujos corpos pareciam travesseiros finos e acolchoados. A maioria estava parada, mas alguns vagavam cegamente sobre o lodo, pastando nos micróbios. A vida animal naquele momento era simples e não havia predadores. Mas uma tempestade evolucionária logo derrubaria esse mundo quieto.
 
Dentro de vários milhões de anos, esse ecossistema simples desapareceria e daria lugar a um mundo governado por animais altamente móveis que exibiam características anatômicas modernas. A explosão cambriana, como é chamada, produziu artrópodes com pernas e olhos compostos, vermes com brânquias plumas e predadores rápidos que poderiam esmagar presas em mandíbulas com aros. Os biólogos discutem há décadas sobre o que desencadeou essa explosão evolutiva. Alguns pensam que um aumento acentuado de oxigênio provocou a mudança, enquanto outros dizem que ela surgiu do desenvolvimento de algumas das principais inovações evolutivas, como a visão. A causa exata permaneceu ilusória, em parte porque pouco se sabe sobre o ambiente físico e químico da época.
 
Mas, nos últimos anos, as descobertas começaram a fornecer algumas pistas tentadoras sobre o fim dos ediacaranos. As evidências coletadas nos recifes da Namíbia e em outros locais sugerem que as teorias anteriores eram excessivamente simplistas - que a explosão cambriana realmente surgiu de uma complexa interação entre pequenas mudanças ambientais que desencadearam grandes desenvolvimentos evolutivos.

Fósseis antigos ostentam cérebros modernos

 

Alguns cientistas agora pensam que um pequeno aumento, talvez temporário, de oxigênio ultrapassou repentinamente um limiar ecológico, permitindo o surgimento de predadores. O surgimento da carnivoria teria desencadeado uma corrida armamentista evolucionária que levou à explosão de tipos e comportamentos corporais complexos, que hoje enchem os oceanos. "Este é o evento mais significativo na evolução da Terra", diz Guy Narbonne, paleobiologista da Queen's University, em Kingston, Canadá. "O advento da carnivoria generalizada, possibilitada pela oxigenação, provavelmente foi um dos principais gatilhos."

Energia para queimar

No mundo moderno, é fácil esquecer que animais complexos são relativamente novos na Terra. Desde que a vida surgiu pela primeira vez, há mais de 3 bilhões de anos, os organismos unicelulares dominaram o planeta durante a maior parte de sua história. Prosperando em ambientes que careciam de oxigênio, eles contavam com compostos como dióxido de carbono, moléculas contendo enxofre ou minerais de ferro que atuam como agentes oxidantes para decompor os alimentos. Grande parte da biosfera microbiana da Terra ainda sobrevive nessas vias anaeróbicas.
 
Os animais, no entanto, dependem do oxigênio - uma maneira muito mais rica de ganhar a vida. O processo de metabolizar alimentos na presença de oxigênio libera muito mais energia do que a maioria das vias anaeróbicas. Os animais confiam nessa combustão potente e controlada para impulsionar inovações que consomem muita energia, como músculos, sistemas nervosos e as ferramentas de defesa e carnivoria - conchas mineralizadas, exoesqueletos e dentes.

Flutuações de oxigênio paralisaram a vida na Terra

 

Dada a importância do oxigênio para os animais, os pesquisadores suspeitaram que um aumento repentino do gás para níveis quase modernos no oceano poderia ter causado a explosão cambriana. Para testar essa idéia, eles estudaram sedimentos oceânicos antigos estabelecidos durante os períodos de Ediacara e Cambriano, que juntos variaram de cerca de 635 a 485 milhões de anos atrás.
 
Na Namíbia, na China e em outros lugares ao redor do mundo, os pesquisadores coletaram rochas que antes eram fundos marinhos antigos e analisaram as quantidades de ferro, molibdênio e outros metais neles. A solubilidade dos metais depende fortemente da quantidade de oxigênio presente; portanto, a quantidade e o tipo desses metais nas rochas sedimentares antigas refletem a quantidade de oxigênio existente na água há muito tempo, quando os sedimentos se formaram.
 
Esses representantes pareciam indicar que as concentrações de oxigênio nos oceanos aumentaram em várias etapas, aproximando-se das concentrações atuais da superfície do mar no início do Cambriano, cerca de 541 milhões de anos atrás - pouco antes dos animais mais modernos aparecerem e diversificarem de repente. Isso apoiou a ideia do oxigênio como um gatilho chave para a explosão evolutiva.
 
Mas no ano passado, um grande estudo ¹ de antigos sedimentos do fundo do mar desafiou essa visão.

Erik Sperling, paleontólogo da Universidade de Stanford, na Califórnia, compilou um banco de dados de 4.700 medições de ferro tiradas de rochas ao redor do mundo, abrangendo os períodos ediacarano e cambriano. Ele e seus colegas não encontraram um aumento estatisticamente significativo na proporção de água oxídica para anóxica na fronteira entre os ediacaranos e os cambrianos.

Archaeageddon: como os micróbios que arrotam gases podem ter causado a extinção em massa

 

"Qualquer evento de oxigenação deve ter sido muito, muito menor do que o que as pessoas normalmente consideravam", conclui Sperling. A maioria das pessoas supõe “que o evento de oxigenação elevou o oxigênio essencialmente aos níveis modernos modernos. E provavelmente não foi esse o caso ”, diz ele.
 
Os resultados mais recentes chegam em um momento em que os cientistas já estão reconsiderando o que estava acontecendo com os níveis de oxigênio nos oceanos durante esse período crucial. Donald Canfield, geobiólogo da Universidade do Sul da Dinamarca em Odense, duvida que o oxigênio tenha sido um fator limitante para os primeiros animais. Em um estudo publicado no mês passado ² , ele e seus colegas sugerem que os níveis de oxigênio já eram altos o suficiente para suportar animais simples, como esponjas, centenas de milhões de anos antes de realmente aparecerem. Os animais cambrianos precisariam de mais oxigênio do que as primeiras esponjas, admite Canfield. "Mas você não precisa de um aumento de oxigênio através da fronteira ediacarana / cambriana", diz ele; o oxigênio já poderia ter sido abundante o suficiente "por muito, muito tempo antes".
 
"O papel do oxigênio na origem dos animais tem sido bastante debatido", diz Timothy Lyons, geobiólogo da Universidade da Califórnia, em Riverside. "De fato, nunca foi tão debatido como agora." Lyons vê um papel do oxigênio nas mudanças evolutivas, mas seu próprio trabalho ³ com molibdênio e outros metais vestigiais sugere que os aumentos de oxigênio imediatamente antes do Cambriano eram na sua maioria picos temporários isso durou alguns milhões de anos e gradualmente subiu (veja 'Quando a vida acelerou' ).

Nik Spencer / Natureza

Espelhos modernos

Sperling procurou informações sobre os oceanos ediacaranos, estudando regiões com falta de oxigênio nos mares modernos ao redor do mundo. Ele sugere que os biólogos adotaram convencionalmente a abordagem errada para pensar em como o oxigênio moldou a evolução animal. Ao reunir e analisar dados publicados anteriormente com alguns dos seus, ele descobriu que minúsculos vermes sobrevivem em áreas do fundo do mar onde os níveis de oxigênio são incrivelmente baixos - menos de 0,5% da média da concentração global da superfície do mar.

 As redes alimentares nesses ambientes pobres em oxigênio são simples e os animais se alimentam diretamente de micróbios. Em locais onde os níveis de oxigênio no fundo do mar são um pouco mais altos - cerca de 0,5% a 3% das concentrações na superfície do mar - os animais são mais abundantes, mas suas redes alimentares permanecem limitadas: os animais ainda se alimentam de micróbios e não uns dos outros. Porém, cerca de 3% a 10% dos níveis de oxigênio, os predadores emergem e começam a consumir outros animais ⁴ .
 

A teoria da evolução precisa repensar?

 

As implicações dessa descoberta para a evolução são profundas, diz Sperling. O modesto aumento de oxigênio que ele acha que pode ter ocorrido antes de o cambriano ter sido suficiente para provocar uma grande mudança. "Se os níveis de oxigênio fossem 3% e ultrapassassem esse limite de 10%, isso teria tido uma enorme influência na evolução animal precoce", diz ele. "Há tanta coisa na ecologia animal, estilo de vida e tamanho do corpo que parece mudar drasticamente através desses níveis".
O surgimento gradual de predadores, impulsionado por um pequeno aumento de oxigênio, significaria problemas para os animais ediacaranos que careciam de defesas óbvias. "Você está olhando para formas de corpo mole e principalmente imóveis que provavelmente viveram suas vidas absorvendo nutrientes através da pele", diz Narbonne.
 
Estudos desses antigos recifes da Namíbia sugerem que os animais estavam realmente começando a ser vítimas de predadores no final dos ediacaranos. Quando a paleobióloga Rachel Wood, da Universidade de Edimburgo, Reino Unido, examinou as formações rochosas, ela encontrou pontos onde um animal primitivo chamado C loudina havia tomado parte do recife microbiano. Em vez de se espalharem pelo fundo do oceano, essas criaturas em forma de cone viviam em colônias lotadas, que escondiam suas partes vulneráveis ​​de predadores - uma dinâmica ecológica que ocorre nos recifes modernos ⁵ .
 
C loudina estava entre os primeiros animais conhecidos por terem crescido exoesqueletos mineralizados. Mas eles não estavam sozinhos. Dois outros tipos de animais nesses recifes também tinham partes mineralizadas, o que sugere que vários grupos não relacionados desenvolveram conchas esqueléticas na mesma época. "Os esqueletos são bastante caros de produzir", diz Wood. "É muito difícil encontrar uma razão que não seja a defesa do motivo pelo qual um animal deveria se preocupar em criar um esqueleto para si". Wood acha que os esqueletos forneceram proteção contra predadores recém-desenvolvidos. Alguns fósseis de C loudina daquele período têm até furos nas laterais, que os cientistas interpretam como as marcas de atacantes que perfuram as conchas das criaturas ⁶ .
 
Os paleontologistas descobriram outras dicas de que os animais começaram a se comer no final de Ediacaran. Na Namíbia, Austrália e Terra Nova, no Canadá, alguns sedimentos do fundo do mar preservaram um tipo incomum de túnel feito por uma criatura desconhecida, semelhante a um verme ⁷ . Chamadas tocas de Treptichnus , essas guerras se ramificam repetidamente, como se um predador logo abaixo do tapete microbiano tivesse sondado sistematicamente as presas no topo. As tocas de Treptichnus se assemelham às dos vermes priapulídeos modernos, ou 'pênis' - vorazes predadores que caçam de maneira notavelmente semelhante nos modernos fundos marinhos ⁸ .
A ascensão da predação nessa época colocou os grandes e sedentários animais ediacaranos em grande desvantagem. "Ficar sentado sem fazer nada se torna uma obrigação", diz Narbonne.

O mundo em 3D

O momento da transição do mundo ediacarano para o cambriano é registrado em uma série de afloramentos de pedra arredondados por geleiras antigas no extremo sul da Terra Nova. Abaixo desse limite, há impressões deixadas por animais ediacaranos, os últimos fósseis registrados na Terra. E apenas 1,2 metros acima deles, o siltito cinza contém trilhas de marcas de arranhões, que se acredita terem sido feitas por animais com exoesqueletos, andando sobre pernas articuladas - a evidência mais antiga de artrópodes na história da Terra.
 
Ninguém sabe quanto tempo passou nessa rocha intermediária - talvez apenas alguns séculos ou milênios, diz Narbonne. Mas durante esse curto espaço de tempo, a fauna ediacarana de corpo mole e estacionária desapareceu subitamente, levada à extinção por predadores, ele sugere.

"Este é o evento mais significativo na evolução da Terra."

Narbonne estudou de perto as poucas fauna que sobreviveram a essa transição, e suas descobertas sugerem que algumas delas adquiriram novos tipos de comportamento mais complexos. As melhores pistas vêm de vestígios deixados por animais pacíficos e semelhantes a vermes que pastavam no tapete microbiano. As primeiras trilhas de cerca de 555 milhões de anos atrás serpenteiam e cruzam-se ao acaso, indicando um sistema nervoso pouco desenvolvido que era incapaz de sentir ou reagir a outros pastores nas proximidades - quanto mais aos predadores. Mas no final dos ediacaranos e no início dos cambrianos, as trilhas se tornam mais sofisticadas: criaturas esculpiam curvas mais apertadas e aravam linhas paralelas e espaçadas entre si através dos sedimentos. Em alguns casos, uma trilha de alimentação curvilínea transita abruptamente para uma linha reta, que Narbonne interpreta como evidência potencial do escavador escapar de um predador ⁹ .
 
Essa mudança no estilo de pastoreio pode ter contribuído para a fragmentação do tapete microbiano, que começou no início do Cambriano. E a transformação do fundo do mar, diz Narbonne, "pode ​​ter sido a mudança mais profunda na história da vida na Terra" ^{10 , 11} . O tapete já havia coberto o fundo do mar como uma camada de filme plástico, deixando os sedimentos subjacentes em grande parte anóxicos e fora dos limites para os animais. Como os animais não podiam escavar profundamente no Ediacaran, ele diz: "o tapete significava que a vida era bidimensional". Quando as capacidades de pastoreio melhoraram, os animais penetraram no tapete e tornaram os sedimentos habitáveis ​​pela primeira vez, o que abriu um mundo em 3D.
 
Faixas do início dos Cambrianos mostram que os animais começaram a escavar vários centímetros nos sedimentos sob o tapete, que davam acesso a nutrientes anteriormente inexplorados - bem como um refúgio de predadores. Também é possível que os animais tenham ido na direção oposta. Sperling diz que a necessidade de evitar predadores (e perseguir presas) pode ter levado os animais para a coluna d'água acima do fundo do mar, onde níveis mais altos de oxigênio lhes permitiam gastar energia nadando.
 
As evidências emergentes sobre os limiares de oxigênio e a ecologia também poderiam lançar luz sobre outra questão evolutiva importante: quando os animais se originaram? Os primeiros fósseis indiscutíveis de animais aparecem apenas 580 milhões de anos atrás, mas evidências genéticas indicam que grupos básicos de animais se originaram já entre 700 e 800 milhões de anos atrás. Segundo Lyons, a solução pode ser que os níveis de oxigênio tenham subido para talvez 2% ou 3% dos níveis modernos cerca de 800 milhões de anos atrás. Essas concentrações poderiam ter sustentado animais pequenos e simples, como fazem hoje nas zonas pobres em oxigênio do oceano. Mas animais com corpos grandes não poderiam ter evoluído até que os níveis de oxigênio subissem mais alto no Ediacaran.
 
Entender como o oxigênio influenciou a aparência de animais complexos exigirá que os cientistas provoquem pistas mais sutis das rochas. "Temos desafiado as pessoas que trabalham com fósseis a amarrá-los mais de perto aos nossos proxies de oxigênio", diz Lyons. Significará decifrar quais eram os níveis de oxigênio em diferentes ambientes antigos e conectar esses valores aos tipos de características exibidas pelos fósseis de animais encontrados nos mesmos locais.
 
No outono passado, Woods visitou a Sibéria com esse objetivo em mente. Ela coletou fósseis de Cloudina e outro animal esqueletizado, Suvorovella , dos últimos dias do Ediacarano. Esses locais lhe deram a chance de reunir fósseis de muitas profundidades diferentes no oceano antigo, das águas superficiais mais ricas em oxigênio às zonas mais profundas. Wood planeja procurar padrões em que os animais estão esqueletos mais duros, se estão sob ataque de predadores e se algo disso tem uma ligação clara com os níveis de oxigênio, diz ela. "Só então você pode escolher a história."

Natureza

530 ,

268-270

( 18 de fevereiro de 2016 )

doi : 10.1038 / 530268a

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