Vermes nada insignificantes

Túneis fossilizados sugerem que organismos complexos surgiram antes da explosão de diversidade do período Cambriano

MARIA GUIMARÃES | ED. 260 | OUTUBRO 2017

Revista Pesquisa FAPESP

Podcast: Juliana Leme

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Marcas muito discretas, como fiapos embutidos em rochas retiradas de pedreiras na região de Corumbá, em Mato Grosso do Sul, por anos passaram despercebidas. “Nem enxergávamos”, lembra a paleontóloga Juliana Leme, do Instituto de Geociências da Universidade de São Paulo (IGc-USP). Ela começou a trabalhar com esse material em 2010, estudando os fósseis dos primeiros seres vivos com esqueleto do planeta (ver Pesquisa FAPESP nº 199). Nos últimos anos, porém, ficou claro que ali há um tesouro ainda mais valioso: os tais fiapos são pistas deixadas por seres mais complexos do que se esperava entre 541 milhões e 555 milhões de anos atrás, quando se imaginava existir apenas organismos bem mais simples.

Os fiapos são, de acordo com artigo publicado em setembro na revista Nature Ecology & Evolution, túneis deixados por vermes muito pequenos conhecidos como nematoides. Naquele momento de evolução da vida, caracterizado por organismos moles habitando a superfície, foi uma surpresa encontrar indícios de vermes que se locomoviam por contração muscular e escavavam o sedimento, mesmo que chegassem apenas a alguns milímetros (mm) de profundidade. É o registro mais antigo de fósseis de animais conhecidos como meiofauna, seres de no máximo 1 mm que habitam o sedimento no fundo do mar ou em corpos de água doce.

A região de Corumbá, agora parte do Pantanal, naquela época era mar. As rochas da região já eram muito procuradas pelos paleontólogos por conterem vestígios da fauna conhecida como biota de Ediacara, que começou a surgir entre 580 milhões e 560 milhões de anos atrás, como os gêneros Corumbella e Cloudina. Por isso, quando o paleobiólogo britânico Martin Brasier, da Universidade de Oxford (Reino Unido), veio à USP em 2012 como professor visitante, ele foi visitar a área e levou seu então aluno de mestrado, Luke Parry. Eles também não enxergaram os sutis riscos nas amostras de rocha que levaram para continuar e aprofundar os estudos.

De volta à Inglaterra, Parry examinou as amostras usando a técnica de microtomografia tridimensional por raios X e então enxergou os túneis que chegam a mergulhar 7 mm na superfície, atravessando camadas de sedimento. Mais do que isso, as marcas feitas pelos antigos moradores dos túneis indicam o tipo de movimento que faziam, deixando espaços ligeiramente mais alargados, como se fossem gomos. Trata-se, segundo os pesquisadores, de cicatrizes de contrações musculares, marcas de organismos classificados como bilaterais, já portadores de certa complexidade morfológica. Os túneis são preenchidos com pirita, um material diferente da camada de sedimentos externa, indicando que ali havia muco orgânico.

O achado era surpreendente em rochas da Formação Guaicurus, do início do Cambriano. Nessa época, 541 milhões de anos atrás, começou a grande diversificação conhecida como Explosão Cambriana da Vida, quando surgiu boa parte dos filos que deram origem à biodiversidade atual. O orientador, Brasier, faleceu em 2014 em um acidente, mas Parry continuou o trabalho e este ano terminou o doutorado. É ele o primeiro autor do artigo agora publicado.

Em 2016, em parceria com o paleobiólogo Alex Liu, da Universidade de Cambridge, Parry e os pesquisadores brasileiros encontraram vestígios dos mesmos organismos em amostras retiradas de outra camada, mais antiga, na Formação Tamengo. A descoberta foi mais surpreendente ainda, já que os fósseis ali armazenados são mais antigos e, ainda por cima, podem ser datados graças à presença de cinzas vulcânicas coletadas pelo geólogo Paulo Boggiani, do IGc. Essa datação, considerada confiável, também foi feita na Inglaterra e atesta a existência desses organismos antes do Cambriano. Camadas de cinzas vulcânicas ainda não foram encontradas na Formação Guaicurus, o que torna mais complicada a datação de fósseis encontrados nela.

De volta ao passado
 
Como não se pode falar em comprovação em ciência, sobretudo quando se trata de acontecimentos tão antigos, os pesquisadores são cautelosos. “Se nossa interpretação estiver correta, significa que já havia organismos complexos antes da Explosão Cambriana da Vida”, sugere Juliana, da USP. Esses animais já estariam modificando o ambiente ao perfurar o sedimento e assim levar oxigênio para as camadas internas, possivelmente tornando o meio mais hospitaleiro para a colonização por outras formas de vida. É o que o biólogo Cleber Diniz pretende investigar mais a fundo durante o doutorado em curso, sob orientação de Juliana. “Eu estava estudando Corumbella, mas descobri que havia algo muito mais desconhecido para explorar”, conta. Ele já fez uma coleta detalhada, camada por camada, em pedreiras da região, e já sabe onde estão os vestígios de nematoides.

Nos próximos anos, um grupo de cerca de 15 docentes brasileiros e estrangeiros, e seus estudantes, devem esmiuçar esses achados no âmbito de um projeto de pesquisa coordenado pelo geólogo Ricardo Trindade, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP. Por enquanto, Juliana comemora o fato de hoje o Brasil estar no mapa dos estudos do Pré-Cambriano. Literalmente: no início da colaboração entre o grupo da USP e os colegas do Reino Unido, Mato Grosso do Sul não era considerado importante para se entender esse momento geológico.

Projeto
 
O Sistema Terra e a evolução da vida durante o Neoproterozoico (nº 16/06114-6). Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Ricardo Ivan Ferreira da Trindade (USP); Investimento R$ 4.305.689,93.

Artigo científico
 
PARRY, L. A. et al. Ichnological evidence for meiofaunal bilaterians from the terminal Ediacaran and earliest Cambrian of Brazil. Nature Ecology & Evolution. n. 1, p. 1455-64. 11 set. 2017.

CIÊNCIA

Por dentro dos fósseis

Tomografia por computador se torna mais disseminada e permite análises detalhadas de ossos de animais extintos

IGOR ZOLNERKEVIC e CARLOS FIORAVANTI | ED. 246 | AGOSTO 2016

© TAENADOMAN, WIKIMEDIA COMMONS

O Euparkeria capensis, acima em representação artística, era do tamanho de um gato

Enxergar dentro de um ovo era a grande inquietação do paleontólogo Sérgio Alex Azevedo, pesquisador do Museu Nacional da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), no início dos anos 1990. Nessa época ele estudava um suposto ovo intacto da coleção do museu, posto por uma espécie ancestral de tartaruga há mais de 65 milhões de anos, encontrado no interior paulista e transformado em rocha sólida. Serrar a peça raríssima para estudá-la era impensável. Ele tirou uma radiografia, mas a mancha disforme da chapa fotográfica não ajudou muito. Com ajuda de colegas, conseguiu acesso a uma máquina de tomografia computadorizada do Hospital São Lucas da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS), em Porto Alegre, que combina imagens de raios X de várias seções de um corpo e gera um mapa tridimensional de suas partes e cavidades interiores. Nas imagens do tomógrafo, era possível distinguir os contornos gerais da cabeça, do dorso e da vértebra do embrião com menos de 5 centímetros de comprimento. “Só me convenci do que eu via quando mostrei as imagens a um médico radiologista”, conta Azevedo. Seu trabalho, publicado em 2000 nos Anais da Academia Brasileira de Ciências, foi um dos primeiros no Brasil a aplicar a tomografia computadorizada à paleontologia.

Se há 20 anos essa técnica ainda era uma novidade mesmo entre paleontólogos no exterior, hoje é mais acessível, principalmente com o desenvolvimento de microtomógrafos e com o aumento da resolução dos equipamentos. As imagens são agora geradas a partir de raios X com poder de penetração maior do que o dos tomógrafos médicos, e computadores combinam centenas de imagens. Os pesquisadores conseguem identificar detalhes micrométricos do interior de ossos fósseis sem precisar quebrá-los ou extraí-los completamente do bloco de rocha em que foram encontrados.

Além de preservar os fósseis, o escaneamento do material gera informações que podem ser usadas para criar modelos tridimensionais e animações em computador que ajudam a entender melhor a estrutura e os movimentos de animais extintos. No Brasil, as máquinas desse tipo para uso em paleontologia não chegam a uma dezena, fazendo com que os pesquisadores recorram às de instituições da área médica, de engenharia, geociências ou física, já que é muito difícil sair do país com fósseis. Mas cada vez mais museus e universidades nacionais investem na compra de suas próprias máquinas de microtomografia computadorizada, a despeito do custo: apenas a licença de uso do programa de computador para o equipamento pode custar cerca de R$ 50 mil.

“A microtomografia ainda é cara, mas já virou praxe na área”, afirma a paleontóloga Gabriela Sobral, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Em 2012, durante o doutorado, ela usou o microtomógrafo do Museu de História Natural de Berlim para reconstituir a história da evolução do ouvido interno dos arcossauros, grupo de animais que inclui os crocodilos, os dinossauros e os descendentes diretos do único subgrupo não extinto de dinossauros, as aves (ver Pesquisa FAPESP nº 202). “Antes da tomografia só era possível acessar estruturas internas do crânio, como as do ouvido interno, se o fóssil estivesse quebrado”, conta ela.

Em um artigo publicado em julho deste ano na revista Royal Society Open Science, Gabriela e outros especialistas da Alemanha, do Reino Unido, dos Estados Unidos e da África do Sul apresentaram as tomografias do ouvido interno de Euparkeria capensis, réptil do tamanho de um gato, extinto há 245 milhões de anos. As imagens revelaram o formato das cavidades ósseas que abrigavam os três canais semicirculares do ouvido interno, estruturas relacionadas à capacidade do animal de manter o equilíbrio do corpo quando em movimento. “Os resultados confirmam a hipótese de que Euparkeria era um animal mais ativo e ágil que a maioria dos répteis da época.” Os pesquisadores sugerem que essa espécie, descoberta na África do Sul em 1913, seja a que mais se aproxima do ancestral comum de todos os arcossauros. Entender a anatomia de Euparkeria, portanto, ajuda a desvendar como os arcossauros teriam se definido como um grupo evolutivamente único, a partir dos demais grupos de répteis.

Gabriela explica que operar um microtomógrafo não é trivial – os pesquisadores do museu de Berlim levaram três anos até conseguir usar a máquina com correção. “Os ajustes dos raios X do scanner têm parâmetros similares aos de uma máquina fotográfica profissional, como tempo de exposição e intensidade do flash”, diz ela. “Cada fóssil exige uma análise diferente”, reitera Azevedo, da UFRJ. Desde 2002, seu grupo utiliza os tomógrafos de uma clínica médica particular e do hospital da Universidade do Estado do Rio de Janeiro e os microtomógrafos da UFRJ e da PUC do Rio de Janeiro para estudar materiais fósseis e arqueológicos, como múmias egípcias (ver Pesquisa FAPESP nº 215).

“Os estudantes estão querendo cada vez mais usar essa técnica”, observa Alexander Kellner, paleontólogo do Museu Nacional. Enquanto não chega o aparelho do próprio museu, um de seus alunos de mestrado, Arthur Brum, usou um tomógrafo do Centro de Pesquisas da Petrobras para analisar fragmentos de ossos de um abelissauro, tipo de dinossauro encontrado no interior de São Paulo que lembra um tiranossauro, com apenas 3 metros de comprimento. As imagens, publicadas em maio deste ano na Cretaceous Research, confirmaram que os abelissauros possuíam ossos porosos, semelhantes aos das aves.

© GABRIELA SOBRAL

A tomografia do crânio detalha as cavidades do ouvido interno e reforça a hipótese sobre sua agilidade

Mordidas de 237 milhões de anos
 
Em colaboração com Kellner, o biólogo Voltaire Paes Neto, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), identificou as mordidas mais antigas já registradas, feitas por insetos com mandíbulas em um osso de um animal do grupo dos dicinodontes, herbívoros do porte de rinocerontes, há 237 milhões de anos. Paes Neto usou um aparelho de tomografia do Hospital das Clínicas de Porto Alegre.

Paes Neto demorou quatro anos para caracterizar as marcas nos fósseis, desde que encontrou perfurações que ninguém sabia explicar em um osso de arcossauro que recebeu para limpar ao chegar ao laboratório de paleontologia coordenado por Marina Bento Soares, na UFRGS, em 2011. Como os orifícios de 4 milímetros de diâmetro eram perfeitos, ele descartou a possibilidade de resultarem de alguma doença óssea, que dificilmente deixaria marcas tão regulares, e, por fim, concluiu que os tubos e as trilhas de mandíbulas deveriam ter sido feitos por insetos semelhantes a besouros e cupins atuais, que ainda hoje se alimentam de ossos e restos de animais em decomposição.

Uma das marcas, uma trilha deixada por mandíbulas, foi por enquanto registrada apenas em osso de cinodontes – animais que deram origem aos mamíferos – do atual sul do Brasil e ganhou o nome de Osteocallis infestans. As marcas dos insetos nos ossos têm nome científico, com gênero e espécie, que indicam o comportamento dos animais extintos que as fizeram. No período geológico conhecido como Triássico, entre 252 milhões e 201 milhões de anos, os besouros haviam apenas começado a se diversificar, a conquistar novos ambientes e a formar um grupo com cerca de 350 mil espécies. “Creio que é possível encontrar marcas semelhantes em fósseis ainda mais antigos do que esses”, diz Kellner.
“Como as imagens tridimensionais exigem computadores com alta capacidade de processamento, a tomografia transformou a paleontologia, antes relativamente barata, em uma ciência cara”, observa Felipe Montefeltro, paleontólogo da Universidade Estadual Paulista (Unesp) de Ilha Solteira, que estuda a evolução do ouvido interno de crocodilos e já utilizou microtomógrafos de instituições de pesquisa do Canadá e do Reino Unido. Do mesmo modo, a bióloga Tiana Kohlsdorf, da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Riberão Preto (FFCLRP) da Universidade de São Paulo (USP), analisa espécies de répteis e anfíbios atuais usando o microtomógrafo do Instituto de Biociências (IB) da USP, em colaboração com o zoólogo Gabriel Marroig, também do IB (ver Pesquisa FAPESP nº 230).

Muito além da poeira
 
Gabriela Sobral se prepara para começar em setembro um projeto de pós-doutorado valendo-se do microtomógrafo do Museu de Zoologia (MZ) da USP, adquirido em 2015, idêntico ao que usava em Berlim. Ela pretende registrar as etapas do desenvolvimento de embriões de jacaré-do-pantanal, em colaboração com o zootecnista Willer Girardi, utilizando corantes especiais que permitem distinguir músculos e vísceras nas imagens do tomógrafo. “A microtomografia também está sendo muito usada na biologia comparativa”, diz Hussam Zaher, zoólogo especialista em serpentes que coordena o projeto de compra e instalação da nova máquina do MZ. Agora, ele ressalta, um pesquisador interessado em conhecer a estrutura interna de uma espécie não precisa necessariamente dissecar o corpo intacto de um animal conservado em álcool no museu. “A técnica ajuda a preservar as coleções.” Kellner, da UFRJ, reforça: “Esqueça aquela imagem do paleontólogo apenas assoprando poeira dos fósseis. A paleontologia está cada vez mais sofisticada, com a tecnologia nos permitindo investigar questões cada vez mais complexas sobre animais que viveram há milhões de anos”.

Artigos científicos
 
AZEVEDO, S. A. et al. A possible chelonian egg from the Brazilian Late Cretaceous. Anais da Academia Brasileira de Ciências. v. 72, n. 2, p. 187-93. 2000.

SOBRAL, G. et al. New information on the braincase and inner ear of Euparkeria capensis Broom: implications for diapsid and archosaur evolution. Royal Society Open Science. 13 jul. 2016.

BRUM, A.S. et al. Morphology and internal structure of two new abelisaurid remains (Theropoda, Dinosauria) from the Adamantina Formation (Turonian – Maastrichtian), Bauru Group, Paraná Basin, Brazil. Cretaceous Research. v. 60, p. 287-96. 2016.

PAES NETO, V. D. et al. Oldest evidence of osteophagic behavior by insects from the Triassic of Brazil. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. v. 453, p. 30-41. 2016.