What sparked the Cambrian explosion?

uma série de pináculos escuros e cravos erguem-se 80 metros acima das planícies gramíneas da Namíbia. Os picos chamam a mente algo antigo-os montes enterrados de civilizações passadas ou as pontas de vastas pirâmides enterradas pelos séculos.,as formações de pedra são, na verdade, monumentos de um império desbotado, mas não de qualquer coisa que seja cosida por mãos humanas. Eles são recifes de pináculo, construídos por cianobactérias no fundo do mar raso 543 milhões de anos atrás, durante um tempo conhecido como o período Ediacarano. O mundo antigo ocupado por estes recifes era realmente alienígena. Os oceanos tinham tão pouco oxigénio que os peixes modernos rapidamente se afundariam e morreriam lá. Um monte de micróbios cobriu o fundo do mar na época, e naquele cobertor vivia uma variedade de animais enigmáticos cujos corpos se assemelhavam a almofadas finas e acolchoadas., A maioria era estacionária, mas algumas pequenas cegamente sobre o lodo, pastando nos micróbios. A vida Animal nesta altura era simples, e não havia predadores. Mas uma tempestade evolucionária iria em breve erguer este mundo tranquilo.dentro de vários milhões de anos, este ecossistema simples desapareceria, e daria lugar a um mundo governado por animais altamente móveis que ostentavam características anatômicas modernas. A explosão cambriana, como é chamada, produziu artrópodes com pernas e olhos compostos, vermes com guelras de penas e predadores rápidos que poderiam esmagar presas em mandíbulas de dentes., Biólogos têm argumentado por décadas sobre o que provocou esta explosão evolutiva. Alguns pensam que um aumento íngreme no oxigênio provocou a mudança, enquanto outros dizem que ela surgiu do desenvolvimento de alguma inovação evolucionária chave, como a visão. A causa precisa tem permanecido esquiva, em parte porque muito pouco se sabe sobre o ambiente físico e químico naquele momento.

mas ao longo dos últimos anos, as descobertas começaram a produzir algumas pistas tentadoras sobre o fim do Ediacarano., Evidências recolhidas dos recifes da Namíbia e de outros locais sugerem que teorias anteriores eram excessivamente simplistas-que a explosão cambriana realmente emergiu de uma interação complexa entre pequenas mudanças ambientais que desencadeou grandes desenvolvimentos evolucionários.alguns cientistas agora pensam que um pequeno, talvez temporário, aumento de oxigênio de repente atravessou um limiar ecológico, permitindo o surgimento de predadores. A ascensão do carnívoro teria desencadeado uma corrida armamentista evolutiva que levou à explosão de complexos tipos de corpos e comportamentos que enchem os oceanos hoje., “Este é o evento mais significativo na evolução da terra”, diz Guy Narbonne, um paleobiólogo da Universidade de Queen, em Kingston, Canadá. “O advento da carnívora pervasiva, tornada possível pela oxigenação, é provável que tenha sido um grande gatilho.”

energia para queimar

No mundo moderno, é fácil esquecer que animais complexos são relativamente recém-chegados à Terra. Desde que a vida surgiu pela primeira vez há mais de 3 bilhões de anos, organismos unicelulares dominaram o planeta durante a maior parte de sua história., Prosperando em ambientes que não tinham oxigênio, eles se baseavam em compostos como dióxido de carbono, moléculas contendo enxofre ou minerais de ferro que atuam como agentes oxidantes para quebrar os alimentos. Grande parte da Biosfera microbiana da terra ainda sobrevive nestas vias anaeróbicas.

animais, no entanto, dependem do oxigênio-uma maneira muito mais rica de ganhar a vida. O processo de metabolização de alimentos na presença de oxigênio libera muito mais energia do que a maioria das vias anaeróbicas., Os animais dependem desta combustão potente e controlada para impulsionar inovações com fome de energia como os músculos, os sistemas nervosos e as ferramentas de defesa e conchas mineralizadas carnívoras, exoesqueletos e dentes.devido à importância do oxigénio para os animais, os investigadores suspeitaram que um aumento súbito do gás para níveis quase modernos no oceano poderia ter estimulado a explosão cambriana. Para testar essa ideia, eles estudaram sedimentos oceânicos antigos estabelecidos durante os períodos Ediacarano e Cambriano, que juntos correram de cerca de 635 milhões para 485 milhões de anos atrás.,na Namíbia, China e outros locais ao redor do mundo, pesquisadores coletaram rochas que já foram antigos fundos marinhos, e analisaram as quantidades de ferro, molibdênio e outros metais neles. A solubilidade dos metais depende fortemente da quantidade de oxigênio presente, de modo que a quantidade e o tipo desses metais em rochas sedimentares antigas refletem a quantidade de oxigênio existente na água há muito tempo, quando os sedimentos se formaram.,estas proxies pareciam indicar que as concentrações de oxigénio nos oceanos subiram em vários passos, aproximando-se hoje das concentrações da superfície do mar no início do Cambriano, há cerca de 541 milhões de anos — pouco antes de animais mais modernos aparecerem subitamente e se diversificarem. Isto suportou a ideia do oxigênio como um gatilho chave para a explosão evolucionária.mas no ano passado, um grande estudo 1 de sedimentos antigos do fundo do mar desafiou essa visão., Erik Sperling, um paleontólogo da Universidade de Stanford, na Califórnia, compilou um banco de dados de 4.700 medições de ferro feitas de rochas ao redor do mundo, abrangendo os períodos Ediacarano e Cambriano. He and his colleagues did not find a statistically significant increase in the proportion of oxic to anoxic water at the boundary between the Ediacaran and the Cambrian.

“qualquer evento de oxigenação deve ter sido muito, muito menor do que as pessoas normalmente consideravam”, conclui Sperling. A maioria das pessoas assume “que o evento de oxigenação essencialmente elevou o oxigênio para níveis essencialmente modernos., E provavelmente não foi “o caso”, diz ele.os últimos resultados vêm numa altura em que os cientistas já estão a reconsiderar o que estava a acontecer aos níveis de oxigénio no Oceano durante este período crucial. Donald Canfield, geobiólogo da Universidade do Sul da Dinamarca em Odense, duvida que o oxigênio fosse um fator limitante para os animais primitivos. Em um estudo publicado no último mês, 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 eles realmente aparecerem., Os animais cambrianos precisariam de mais oxigénio do que as primeiras esponjas, admite Canfield. “Mas você não precisa de um aumento de oxigênio através da fronteira Ediacarana/Cambriana”, diz ele; oxigênio já poderia ter sido abundante o suficiente “por um longo, longo tempo antes”.

“The role of oxygen in the origins of animals has been heavily debated,” says Timothy Lyons, a geobiologist at the University of California, Riverside. “Na verdade, nunca foi mais debatido do que é agora.,”Lyons vê um papel para o oxigênio em mudanças evolutivas, mas a sua própria work3 com molibdênio e outros metais vestigiais sugere que o aumento no oxigênio antes do Cambriano eram, em sua maioria temporários picos que durou alguns milhões de anos e, gradualmente, pisou cima (veja “Quando a vida acelerado”).

Moderna espelhos

Sperling olhou para insights sobre Vendiano oceanos através do estudo de oxigênio-esgotado regiões moderna mares de todo o mundo., Ele sugere que os biólogos têm convencionalmente tomado a abordagem errada para pensar sobre como o oxigênio moldou a evolução animal. Ao reunir e analisar dados publicados anteriormente com alguns dos seus, descobriu que pequenos vermes sobrevivem em áreas do fundo do mar onde os níveis de oxigénio são incrivelmente baixos — menos de 0,5% das concentrações médias globais da superfície do mar. As teias alimentares nestes ambientes pobres em oxigénio são simples, e os animais alimentam-se directamente de micróbios. Em lugares onde os níveis de oxigénio no fundo do mar são um pouco mais altos-cerca de 0.,5-3% das concentrações na superfície do mar-os animais são mais abundantes, mas as suas teias alimentares permanecem limitadas: os animais ainda se alimentam de micróbios e não uns nos outros. Mas algures entre 3% e 10% dos níveis de oxigénio, os predadores emergem e começam a consumir outras animais4.

as implicações deste achado para a evolução são profundas, diz Sperling.O modesto aumento de oxigénio que ele pensa ter ocorrido pouco antes do Cambriano ter sido suficiente para desencadear uma grande mudança., “Se os níveis de oxigênio fossem 3% e eles subissem para além do 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 tão dramaticamente através desses níveis.”

o aparecimento gradual de predadores, impulsionado por um pequeno aumento de oxigênio, teria significado problemas para os animais Ediacaranos que não tinham defesas óbvias. “Você” está olhando para formas suaves e praticamente imóveis que provavelmente viveram suas vidas absorvendo nutrientes através de sua pele”, diz Narbonne.,estudos sobre os antigos recifes da Namíbia sugerem que os animais estavam realmente começando a cair presas de predadores no final do Ediacarano. Quando a paleobióloga Rachel Wood da Universidade de Edimburgo, Reino Unido, examinou as formações rochosas, ela encontrou locais onde um animal primitivo chamado Cloudina havia tomado parte do Recife microbiano. Ao invés de se espalharem sobre o fundo do oceano, essas criaturas em forma de cone viviam em colônias lotadas, que esconderam suas partes vulneráveis do corpo de predadores-uma dinâmica ecológica que ocorre nas reefs5 modernas.,Cloudina estava entre os primeiros animais conhecidos por terem crescido exoesqueletos duros e mineralizados. Mas eles não estavam sozinhos. Dois outros tipos de animais nesses recifes também tinham partes mineralizadas, o que sugere que vários grupos independentes evoluíram conchas esqueléticas ao mesmo tempo. “Esqueletos são muito caros para produzir”, diz Wood. “É muito difícil encontrar outra razão que não seja a defesa para que um animal se dê ao trabalho de criar um esqueleto para si mesmo.”Wood pensa que os esqueletos forneceram proteção contra predadores recém-evoluídos., Alguns fósseis de Cloudina desse período até têm buracos em seus lados, que os cientistas interpretam como as marcas de atacantes que perfuram as criaturas” shells6.os paleontólogos encontraram outras pistas de que os animais começaram a comer-se uns aos outros pelo final do Ediacarano. Na Namíbia, Austrália e terra nova no Canadá, alguns sedimentos de fundo do mar preservaram um tipo incomum de túnel feito por um desconhecido, como a creatina 7. Chamados de Treptichnus burrows, estes ramos de warrens novamente e novamente, como se um predador logo abaixo do tapete microbiano tivesse sistematicamente sondado animais de presa no topo., As tocas de Treptichnus assemelham — se às do priapulídeo moderno, ou “pénis”, vermes-predadores vorazes que caçam de uma forma muito semelhante nos soalhos marinhos modernos 8.

O aumento da predação neste momento colocou grandes animais sedentários Ediacaranos em grande desvantagem. “Ficar sentado sem fazer nada torna-se um risco”, diz Narbonne.

o mundo em 3D

o momento de transição do Ediacarano para o mundo Cambriano é registrado em uma série de afloramentos de pedra arredondados por antigos glaciares na borda sul da Terra Nova., Abaixo desse limite estão as impressões deixadas por animais Ediacaranos acolchoados, os últimos fósseis registrados na Terra. E apenas 1,2 metros acima deles, a pedra cinzenta contém trilhas de marcas de arranhões, que se pensa terem sido feitas por animais com exosqueletos, caminhando sobre pernas unidas — a evidência mais antiga de artrópodes na história da Terra.ninguém sabe quanto tempo passou naquela rocha intermediária-talvez poucos séculos ou milênios, diz Narbonne., Mas durante esse curto espaço de tempo, a fauna Ediacarana de corpo macio desapareceu subitamente, levada à extinção por predadores, sugere ele.