Os primeiros fósseis com tripas, corpos segmentados e outras características sofisticadas revelam uma revolução na vida animal – antes da explosão do Cambriano.
O animal revolucionário viveu e morreu na lama. Em suas horas finais, ele avançou pelo fundo do mar, deixando uma marca como uma marca de pneu, e finalmente parou. Então a geologia começou a funcionar. Nos próximos meio bilhão de anos, os sedimentos transformaram-se em pedra, preservando a cena do leito de morte. A criatura fossilizada parece um pedaço de corda puída medindo apenas alguns centímetros de largura. Mas foi um pioneiro entre os seres vivos.
Este foi o primeiro animal conhecido a mostrar evidências inequívocas de duas inovações importantes empacotadas juntas: a capacidade de vagar no fundo do oceano e um corpo construído a partir de segmentos. Ele também estava entre os mais antigos conhecidos por ter frente e verso transparentes, e um lado esquerdo que espelhava o direito. Essas mesmas características são encontradas hoje em animais, de moscas a raposas voadoras, de lagostas a leões.
O paleontólogo Shuhai Xiao se maravilha com os rastros deixados por esta criatura, Yilingia spiciformis, e como eles capturaram evidências de seu movimento. Em seu escritório bagunçado na Virginia Tech em Blacksburg, ele exibe uma placa de resina bege – uma reprodução do fóssil, que foi encontrado na região do Yangtze Gorges na China e agora é mantido em um instituto de pesquisa chinês. A réplica captura um instantâneo de um momento de 550 milhões de anos atrás. Xiao, cuja equipe descreveu formalmente Yilingia no ano passado, traça as trilhas acidentadas que fez imediatamente antes de sua morte. “Ele estava apenas se movendo e morreu de repente”, diz ele.
Mas esse não é o fim da história desta criatura. Embora ninguém saiba a que categoria de vida ela pertencia – o grupo que inclui as minhocas é uma possibilidade – Yilingia está ajudando a preencher os detalhes-chave sobre a evolução dos animais. Mais importante, Yilingia mostra que algumas características essenciais dos animais apareceram meio bilhão de anos atrás, antes das evidências definitivas anteriores, diz Xiao.
Yilingia não é a única criatura daquela região a fornecer algumas das evidências fósseis mais antigas de uma importante característica animal. Em 2018, Xiao e sua equipe relataram trilhos encontrados nas Gargantas do Yangtze que consistiam em duas fileiras paralelas de covinhas. Os pesquisadores propõem que as trilhas foram feitas por um animal de 550 milhões de anos atrás que poderia ter sido capaz de se enterrar e ter vários pares de apêndices – o que o tornaria um dos primeiros animais com patas conhecidos.
Esses fósseis chineses vêm de uma época logo antes da explosão cambriana, a transformação evolutiva quando a maioria dos grupos de animais que hoje povoam o planeta apareceram pela primeira vez no registro fóssil. Os cientistas há muito consideram a fronteira entre o período Cambriano e o Pré-cambriano como um ponto de divisão na evolução – uma transição de um mundo em que organismos simples e estranhos floresciam, para uma época em que os mares fervilhavam de criaturas complexas que são os antepassados de quase tudo que seguido.
Mas um número crescente de descobertas revela que a fração de tempo pouco antes do Cambriano, conhecido como Ediacaran (635 milhões a 541 milhões de anos atrás), foi um ponto central da evolução animal – um período que inclui os primeiros registros fósseis de inovações anatômicas, como tripas e pernas, e o primeiro aparecimento de comportamentos complexos, como escavar. Os insights sobre os poderes dos ediacaranos dão suporte a uma ideia provocativa: que a explosão cambriana, aquela explosão evolucionária icônica, foi na verdade menos revolucionária do que muitos pensavam.
A explosão cambriana “é apenas mais uma fase da evolução”, diz a paleobióloga Rachel Wood da Universidade de Edimburgo, no Reino Unido. “Não é um único evento instantâneo. Não poderia ter acontecido sem ondas anteriores de inovação.”
Tempos tumultuados
As inovações dos ediacaranos tiveram como pano de fundo cataclismos planetários. Durante esse tempo, a Terra ainda estava se recuperando de um capítulo longo e trêmulo, quando o gelo cobriu grande parte dos mares. Um meteoro gigantesco atingiu o que hoje é a Austrália e provavelmente levantou poeira o suficiente para provocar mudanças catastróficas ao redor do globo. A própria superfície do planeta estava se dividindo: durante o Ediacaran, um supercontinente se separou e outro tomou forma quando as massas de terra se chocaram. Nos continentes, nenhuma planta cresceu. No oceano, os níveis de oxigênio oscilavam descontroladamente.
Os cientistas pensavam que a vida complexa só começava depois de todo esse tumulto. Na época de Charles Darwin, nenhum fóssil foi encontrado abaixo das camadas de rocha que documentam a explosão cambriana. Esse registro de pedra em branco perturbou Darwin, que raciocinou que, se sua teoria da evolução estava correta, deve ter havido vida antes das riquezas do Cambriano. “O caso no momento deve permanecer inexplicável”, escreveu ele em Sobre a Origem das Espécies em 1859.
O “dilema de Darwin” permaneceria sem solução por um século. Nas décadas de 1930 e 1940, os pesquisadores encontraram impressões intrigantes em rochas na Austrália e em outros lugares, mas essas rochas não eram definitivamente pré-cambrianas. Então, vários alunos ingleses finalmente deram aos ediacaranos sua grande oportunidade em 1957. Passando por uma pedreira local, os alunos notaram uma marca em forma de folha na pedra antiga. O geólogo Trevor Ford, da Universidade de Leicester, no Reino Unido, foi vê-lo – e reconheceu que tinha sido feito por uma coisa viva. O artigo de Ford sobre a marca forneceu evidências definitivas de que espécies grandes e complexas viviam no Pré-cambriano. Ele arriscou que o tipo de organismo era provavelmente “uma fronde de algas”.
Quase certamente não foi. A proposta de Ford foi uma das primeiras em uma longa lista de ideias erradas sobre a identidade dos organismos ediacaranos. À medida que mais foram descobertos, os cientistas tentaram corajosamente colocá-los na árvore da vida. Alguns dos fósseis eram estruturas altas com um metro de altura; outros pareciam colchões de ar desinflados. Eles foram chamados de líquenes e algas, fungos e colônias bacterianas. “Basicamente, qualquer interpretação que você puder nomear foi sugerida”, diz a geobióloga Lidya Tarhan, da Universidade de Yale, em New Haven, Connecticut.
Finalmente, uma teoria audaciosa rompeu a confusão de afirmações concorrentes. Nas décadas de 1980 e 1990, o paleontólogo Adolf Seilacher, da Universidade de Tübingen, na Alemanha, propôs que muitas formas de vida ediacaranas não eram animais, mas pertenciam a um único e bizarro grupo que ele chamou de Vendobionta. Esses organismos foram “um experimento evolutivo que falhou” quando predadores formidáveis chegaram ao local, escreveu Seilacher. Suas ideias caíram em desuso, mas desafiaram os pesquisadores a questionar suas suposições. “Na época, era um pensamento brilhante”, disse o geobiólogo Simon Darroch, da Vanderbilt University em Nashville, Tennessee. “Antes disso, todos pensavam que eram águas-vivas, o que era ainda mais errado.”
Agora, a maioria dos cientistas está chegando a um acordo de que os Ediacarans eram uma coleção de formas de vida díspares, em vez do grupo independente proposto por Seilacher. “É inadequado considerá-los um experimento fracassado”, diz a paleontóloga Frances Dunn, da Universidade de Oxford, no Reino Unido. “Eles representam os ancestrais, provavelmente, de muitas coisas diferentes.” Muitos cientistas – embora não todos – também estão aceitando a ideia de que alguma fração dos organismos ediacaranos eram provavelmente animais, incluindo alguns que não se parecem com nenhum animal vivo hoje.
Essa ideia se encaixa com a evidência genética de que os animais, ou metazoários, apareceram pela primeira vez há mais de 600 milhões de anos, bem antes do Ediacaran. Não há fósseis definitivos para ilustrar a aurora dos animais, mas os primeiros metazoários eram provavelmente coisas pequenas, macias e simples, incluindo ancestrais de criaturas modernas, como esponjas e corais. Eventualmente, os animais desenvolveram simetria esquerda-direita, que é embalada com um intestino, boca e ânus.
Mas não é fácil definir quais fósseis são animais e quais não são. “Saberíamos o primeiro metazoário se tropeçássemos nele?” Wood maravilhas. “Nossa imagem de pesquisa está correta?” Essas questões ainda são cientistas caninos.
Insight de impressões
Embora os fósseis de Ediacaran tenham atormentado os pesquisadores por décadas, novas técnicas estão trazendo novos insights de impressões anteriormente intratáveis. Considere os organismos desconcertantes do gênero Dickinsonia. Redondos e achatados, pareciam tapetes de banheiro segmentados com apenas alguns milímetros de espessura, embora pudessem atingir cerca de 1,5 metro de comprimento. Sua estranha construção gerou teorias de que eles eram protistas – um grupo diverso de organismos unicelulares que incluem protozoários e algumas algas – ou líquenes, embora muitos pesquisadores suspeitem que eles sejam animais.
Para tentar resolver a disputa de longa data, o geobiólogo Ilya Bobrovskiy, agora no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, e seus colegas adotaram uma abordagem bioquímica. Bobrovskiy usou uma pinça para colher finos filmes de matéria orgânica – os restos de espécimes de Dickinsonia que viveram há mais de 550 milhões de anos. A análise das moléculas de gordura nesses biofilmes mostrou que eles eram produtos da degradação do colesterol, que é encontrado nas membranas celulares dos animais. “Dickinsonia era de fato um animal”, diz Bobrovskiy.
Dickinsonia era um animal bastante simples: não apresentava sinais de boca ou intestino. Mas no início deste ano, os cientistas detalharam o que pode ser o animal mais antigo conhecido que tinha os dois. Chamado de Ikaria wariootia, ele viveu aproximadamente na mesma época que os espécimes de Dickinsonia que a equipe de Bobrovskiy estudou, ou talvez antes.
Esta descoberta resolve um whodunnit Ediacaran de longa data: o que fez as estreitas e tortuosas tocas que cortam os sedimentos Ediacaran? Eles estão entre os cartões de visita ediacaranos mais comuns, mas são tão pequenos – apenas 1,5 – 2 milímetros de largura – que devem ter sido criados por um organismo extremamente minúsculo. “Nunca pensamos que veríamos”, diz a paleontóloga Mary Droser, da Universidade da Califórnia, em Riverside. Então ela colocou as mãos em um scanner a laser 3D.
Droser e seus colegas usaram o scanner para capturar imagens de centenas de pequenas bolhas encontradas perto de tocas retorcidas. As reconstruções 3D de alta resolução da equipe mostram que as bolhas eram, de fato, organismos7. Eles eram menores do que grãos de arroz, mas tinham simetria esquerda-direita e uma extremidade frontal e uma traseira, e as características das tocas sugerem que as criaturas podiam controlar para onde se moviam. Análises anteriores mostraram que algumas tocas entram e saem dos corpos enterrados de organismos maiores, sugerindo que Ikaria era um necrófago – o mais antigo conhecido. A equipe de Droser sugere que, para apoiar os hábitos de escavação e eliminação de Ikaria, o minúsculo animal provavelmente tinha boca, ânus e intestino.
Mais evidências de que os ediacaranos tinham vísceras vêm de organismos tubulares chamados cloudinídeos que surgiram há cerca de 550 milhões de anos. Usando imagens de raios-X de alta resolução para espiar dentro dos tubos externos dos cloudinídeos, os pesquisadores viram uma característica longa e cilíndrica, que os autores dizem ser o intestino mais antigo no registro fóssil. A equipe encontrou essa característica em um cloudinídeo que provavelmente pertencia ao gênero Saarina, e reforça o caso de que alguns cloudinídeos eram animais com simetria esquerda-direita, diz o paleobiólogo e coautor do estudo Jim Schiffbauer da Universidade de Missouri, Columbia. A forma do intestino e outras pistas sugerem que Saarina poderia ser um anelídeo primitivo, um grupo de animais que inclui minhocas modernas.
Animais alienígenas
Novas abordagens estão produzindo evidências de que mesmo os ediacaranos de aparência mais alienígena podem ter sido animais. Veja os Ediacaranos “frondosos”, que foram construídos a partir de coleções de galhos em miniatura que lembram a folhagem rendada de uma samambaia. Alguns organismos frondosos se assemelhavam a cabeças de alface, enquanto o organismo Charnia masoni parecia um ramo de palmeira preso no fundo do mar. Charnia e seus parentes próximos tinham uma organização “pseudo-fractal” como a de nenhuma criatura viva: as folhas eram feitas de ramos, que eram compostos de sub-ramos, que eram compostos de ramos ainda menores.
Dunn e seus colegas pegaram emprestado ferramentas da biologia do desenvolvimento para entender essas esquisitices. Os pesquisadores notaram que as frondes de Charnia invariavelmente têm o mesmo contorno: mais largas na parte inferior, menores na ponta, sem ramos curtos no meio. Essa uniformidade, produto do crescimento do organismo, não é observada em plantas ou algas9. Apesar da aparência de outro mundo de Charnia e seus parentes, “eles são mais intimamente relacionados aos animais do que a qualquer outra coisa”, diz Dunn.
Os pesquisadores que estudam o Ediacaran revelaram outras peculiaridades da frondose recorrendo às ferramentas da ecologia moderna. Uma dessas técnicas é a análise espacial, que envolve o mapeamento ultrapreciso de um grande conjunto de organismos que são preservados exatamente onde viveram – informações raramente disponíveis na paleontologia. Mas os cientistas têm exatamente essa matriz à sua disposição em Newfoundland, Canadá, que tem milhares de marcas de frondose. Entre eles estão exemplos que datam de 571 milhões de anos, tornando-os os organismos mais antigos conhecidos que são grandes o suficiente para serem vistos sem ampliação.
Alguns dos residentes mais abundantes de Newfoundland nessa época pertencem ao gênero Fractofusus, cujos membros pareciam montes de folhas em forma de um disco virado. Como seu primo Charnia, Fractofusus pode ter sido um animal sem um análogo moderno. A análise espacial mostrou que muitos espécimes grandes de Fractofusus estão rodeados por grupos de pequenos. “Crianças”, diz a paleobióloga Charlotte Kenchington da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, que foi membro da equipe que publicou as descobertas em 2015. Esse padrão sugere que Fractofusus se multiplicou em parte atirando em corredores longos nos quais seus filhotes se desenvolveram.
Em um artigo publicado no início deste ano, os cientistas descrevem fios longos, finos e fossilizados, alguns se estendendo por 4 metros, entre organismos frondosos em Newfoundland. Esses fios podem ter sido corredores reprodutivos e também podem ter sido usados para transporte ou comunicação de nutrientes. Talvez esses organismos estivessem “agindo no melhor interesse uns dos outros, e não apenas para si mesmos”, diz o paleobiólogo Alex Liu, da Universidade de Cambridge, que co-escreveu o artigo.
Antes do big bang
À medida que as evidências aumentam para a inovação ediacariana, um grupo de pesquisadores está usando essas descobertas para questionar um ícone da história evolutiva: a explosão cambriana. No passado, os pesquisadores muitas vezes falavam desse evento como o Big Bang da evolução – um episódio único e supremo que não teve prelúdio e de repente mudou tudo. Mas alguns pesquisadores consideram que os organismos ediacaranos foram os fundadores dessa revolução. A explosão de novas espécies no Cambriano “não surgiu simplesmente do ar”, diz Wood. “Deve ter sido derivado de algo no Ediacaran.”
Uma visão comum sustenta que muitos organismos Ediacaran desapareceram na fronteira Ediacaran-Cambrian cerca de 540 milhões de anos atrás. Mas enquanto escavava em um local remoto na Sibéria, Wood e sua equipe encontraram fósseis do tipo cambriano, como animais que viviam em conchas em forma de tubo carregadas de minerais, em rochas da era ediacariana.
Wood e seus co-autores citaram esses fósseis em um provocativo artigo de 2019, que também observou que os animais ediacaranos capazes de se enterrar nos sedimentos sobreviveram ao período cambriano. A capacidade de cavar é uma marca registrada daquela época, quando os animais cavavam com tanto entusiasmo que rasgavam o fundo do mar, criando novos nichos ecológicos. Mas os ediacaranos deram o primeiro passo, dizem os autores. A alardeada explosão cambriana “foi simplesmente uma fase” no aumento da diversidade animal, afirmam.
Todas essas descobertas contam uma nova história da evolução animal – mas ainda não está claro se a revisão permanecerá. Alguns paleontólogos dizem que o argumento de Wood, ao tentar dar ao Ediacaran o seu devido, ignora a explosão cambriana – que marcou o aparecimento de um vasto número de criaturas que se encaixam claramente em grupos de animais modernos. Xiao concorda que alguns animais ediacaranos sobreviveram até o cambriano, mas ele argumenta que o quadro geral mostra uma morte em massa na fronteira entre os dois períodos. E o paleontólogo invertebrado Jean-Bernard Caron, do Royal Ontario Museum em Toronto, Canadá, questiona a contagem de Wood das espécies ediacaranas que sobreviveram até o Cambriano. “Nós realmente não temos o registro fóssil para comprovar isso”, diz ele. Wood responde que, embora a crítica seja justa, é claro que várias criaturas de estilo cambriano apareceram pela primeira vez no Ediacaran.
Apesar de toda a controvérsia, no entanto, alguns pesquisadores acham que as respostas estão chegando. O trabalho contínuo com biomarcadores pode determinar se vários organismos ediacaranos são, de fato, animais. E os paleontólogos estão escavando novos achados ediacaranos em lugares como o Irã e a Rússia, diz Darroch. As abordagens mais recentes, como a análise espacial, também prometem, diz Xiao. Isso poderia dar corpo – finalmente – ao que estava acontecendo nos oceanos durante o período crucial de Ediacar.
“Eu adoraria nadar sobre essas comunidades e ver, finalmente, como elas estão realmente crescendo? O que afinal eles são?” Wood diz. “Tanta coisa se tornaria óbvia.”
Publicado em 30/10/2020 09h00
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