Há cerca de 445 milhões de anos, a Terra passou por uma transformação dramática que remodelou o futuro da vida. Durante um período geológico muito curto, enormes geleiras se espalharam pelo supercontinente meridional Gondwana. À medida que o gelo aprisionava a água, vastos mares rasos secavam, desencadeando um “clima de gelo” e alterando fundamentalmente a química dos oceanos. Os resultados foram desastrosos. Cerca de 85% das espécies marinhas desapareceram, destruindo a maior parte da vida na Terra.
No entanto, este desastre teve consequências inesperadas. De acordo com publicado em progresso científicoCientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) mostram que este evento, conhecido como Extinção em Massa do Ordoviciano Tardio (LOME), preparou o terreno para uma explosão da diversidade de vertebrados. Durante o caos, um grupo ganhou domínio duradouro e finalmente remodelou a vida na Terra: os vertebrados com mandíbula. “Mostramos que foi por causa deste evento que os peixes com mandíbula se tornaram dominantes”, disse a autora sênior, Professora Lauren Salan, da Unidade de Macroevolução do OIST. “Fundamentalmente, estamos aprofundando a nossa compreensão da evolução, traçando linhas claras entre o registo fóssil, a ecologia e a biogeografia.”
Terra antes da extinção em massa
O período Ordoviciano durou cerca de 486 anos até 443 milhões de anos atrás e foi completamente diferente do mundo de hoje. Gondwana domina o hemisfério sul e é cercada por mares quentes e rasos. Sem gelo nos pólos, a Terra vive um clima de estufa que sustenta ricos ecossistemas marinhos. As primeiras terras estavam apenas começando a cultivar plantas simples semelhantes às hepáticas e artrópodes com múltiplas pernas rastejando ao longo da costa.
No entanto, os oceanos já estão repletos de vida estranha e diversificada. Conodontes de olhos grandes, semelhantes a lampreias, movem-se entre imponentes florestas de esponjas. Os trilobitas passam por densos enxames de moluscos com casca no fundo do mar. Escorpiões marinhos de tamanho humano e náutilos gigantes com conchas pontiagudas de até cinco metros de comprimento são caçados na água. Entre essas criaturas alienígenas estavam os primeiros ancestrais dos gnatóstomos, ou vertebrados com mandíbula, que ainda eram raros e comuns na época.
duas ondas de extinção
Embora os cientistas ainda debatam o que exatamente causou o LOME, o registo fóssil mostra claramente uma linha divisória clara entre antes e depois do evento. “Embora não saibamos a causa final do LOME, sabemos que houve uma causa clara antes e depois do evento. O registo fóssil mostra isso”, disse o professor Saran.
A extinção ocorre em dois estágios distintos. Primeiro, a Terra transitou rapidamente de um clima quente de estufa para um clima frio de gelo. A expansão das geleiras em Gondwana esgotou a água dos mares rasos e destruiu importantes habitats marinhos. Milhões de anos depois, quando o ecossistema começou a recuperar, o clima inverteu-se novamente. O derretimento das calotas polares inunda os oceanos com água quente, rica em enxofre e pobre em oxigênio, esmagando espécies adaptadas a condições mais frias.
Sobreviva em um abrigo isolado
Durante estas crises recorrentes, os vertebrados sobreviventes ficam em grande parte confinados a refúgios. Estas são áreas isoladas de biodiversidade, separadas por barreiras de águas profundas que a maioria das espécies não consegue atravessar. Nestes refúgios, os vertebrados com mandíbula parecem ter uma vantagem crucial.
Para entender como isso aconteceu, a equipe montou um extenso banco de dados de fósseis abrangendo dois séculos de paleontologia do final do Ordoviciano e do início do Siluriano. “Reunimos 200 anos de conhecimento paleontológico do final do Ordoviciano e do início do Siluriano”, disse o primeiro autor Wahei Hagiwara, ex-estagiário de pesquisa no Departamento de Macroevolução e agora estudante de doutorado no OIST. Ao reconstruir ecossistemas dentro destas áreas protegidas, os investigadores foram capazes de medir mudanças na diversidade a nível de género ao longo do tempo. A sua análise revelou um aumento constante mas significativo na diversidade de vertebrados com mandíbula após a extinção. “A tendência é clara: os pulsos de extinção em massa levam diretamente ao aumento da especiação milhões de anos depois.”
Evolução da forma geográfica
A base de dados de fósseis também permitiu à equipa examinar onde ocorreram estas mudanças evolutivas. Ao rastrear a distribuição das espécies antes e depois da extinção, os investigadores podem estudar a biogeografia com detalhes sem precedentes. “Esta é a primeira vez que conseguimos estudar quantitativamente a biogeografia antes e depois de um evento de extinção em massa”, explica o professor Saran. O mapeamento das migrações de espécies pode ajudar a identificar habitats-chave que facilitaram a subsequente diversificação dos vertebrados.
Um exemplo vem do que hoje é o Sul da China. Os fósseis da área incluem os primeiros restos completos de peixes com mandíbula intimamente relacionados aos tubarões modernos. Segundo Hagiwara, essas espécies estão concentradas em refúgios estáveis há milhões de anos. Só mais tarde desenvolveram a capacidade de cruzar o alto mar e se espalhar por novos ambientes.
Por que o queixo é uma vantagem
Ao combinar evidências fósseis com dados anatômicos, geográficos e ecológicos, o estudo lança nova luz sobre questões evolutivas de longa data. “As mandíbulas evoluíram para criar um novo nicho ou nossos ancestrais primeiro preencheram um nicho existente e depois diversificaram?” perguntou a professora Saran. “Nossa pesquisa sugere que é o último.”
Como os vertebrados com mandíbula estão restritos a pequenas áreas geográficas, eles encontram ecossistemas com muitas funções abertas deixadas para trás por espécies extintas sem mandíbula e outros animais. A abundância de nichos disponíveis permite-lhes diversificar rapidamente. Existe um padrão semelhante para os tentilhões de Darwin nas Ilhas Galápagos, que se adaptaram a diferentes fontes de alimento ao longo do tempo. À medida que as suas dietas se diversificaram, os seus bicos evoluíram para se adaptarem aos papéis ecológicos que desempenhavam.
Reinicialize em vez de começar do zero
Enquanto os peixes com mandíbula permaneceram isolados no sul da China, os vertebrados sem mandíbula continuaram a prosperar noutros lugares e dominaram o alto mar durante mais 40 milhões de anos. Esses grupos se diversificaram em diversas espécies de peixes de recife, alguns dos quais possuem diferentes estruturas bucais. Por que os vertebrados com mandíbula acabaram por superá-los depois de se expandirem para além dos seus refúgios não é totalmente compreendido.
O que está claro é que LOME não acaba simplesmente com a vida e recomeça. Em vez disso, desencadeou o que os investigadores chamam de reinicialização ecológica. Os primeiros vertebrados começaram a preencher funções antes ocupadas por conodontes e artrópodes, recriando estruturas ecossistêmicas familiares com novas espécies. Padrões semelhantes repetiram-se ao longo do Paleozóico, após outros eventos de extinção impulsionados por mudanças ambientais semelhantes. A equipe chama esse padrão recorrente de “ciclo de redefinição da diversidade”, no qual a evolução restaura os ecossistemas convergindo para o mesmo design funcional.
Rastreando a vida moderna até os antigos sobreviventes
O professor Saran resumiu as implicações mais amplas das descobertas. “Ao integrar localização, morfologia, ecologia e biodiversidade, podemos finalmente ver como os primeiros ecossistemas de vertebrados foram reconstruídos após grandes perturbações ambientais. Este trabalho ajuda a explicar por que as mandíbulas evoluíram, por que os vertebrados com mandíbulas eventualmente prevaleceram e por que a vida marinha moderna pode ser rastreada até esses sobreviventes, em vez de formas anteriores, como conodontes e trilobitas. Descobrir esses padrões de longo prazo e seus processos subjacentes é um dos aspectos emocionantes da biologia evolutiva. “
