Capítulo 1
Paleontologia como ciência
Pontos chave:
O principal valor da paleontologia foi para mostrar-nos a história da vida através do tempo – sem os fósseis esta história estaria, em grande parte, escondida de nós.
A Paleontologia tem grande relevância hoje na compreensão de nossas origens, das mudanças no clima e biodiversidade, da forma e o tempo da evolução, sobre a datação de rochas.
Paleontologia é uma parte das ciências naturais, e um dos seus objetivos fundamentais é reconstruir a vida no passado.
Reconstruções da vida no passado foram rejeitadas como pura especulação por alguns, mas análises cuidadosas mostram que elas também são hipóteses testáveis e podem ser tão científicas como qualquer outra tentativa de compreender o mundo.
Ciência consiste em testar hipóteses, em geral, não se limitando a certezas absolutas como a matemática.
Visões clássicas e medievais sobre os fósseis eram frequentemente mágicas e místicas.
Observações nos séculos 16 e 17 mostraram que os fósseis eram restos de plantas e animais antigos.
Em 1800, muitos cientistas aceitaram a idéia de extinção.
Em 1830, a maioria dos geólogos aceitou que a Terra era muito antiga.
Em 1840, as principais divisões do tempo e o registro estratigráfico haviam sido estabelecidos pela utilização de fósseis.
Em 1840, viu-se que os fósseis mostraram direção na história da vida, e em 1860 esta direção foi explicada pela evolução.
Os cientistas discutem sobre o que é ciência e que não é. Ernest Rutherford teve uma consideração muito baixa sobre qualquer coisa que não era da matemática ou física, e assim ele considerava toda a biologia e geologia (incluindo paleontologia) como "filatelia", um mero registro de detalhes e histórias. Mas isso é verdade?
A maioria das críticas em paleontologia está na reconstrução de plantas e animais antigos. Ninguém nunca vai saber de que cor eram os dinossauros ou que ruídos eles faziam? Como um paleontólogo poderia definir quantos ovos um
Tyrannosaurus ovopõe, quanto tempo levou para um jovem crescer para o tamanho adulto, quais as diferenças entre machos e fêmeas? Como alguém poderia descrever como um animal antigo caçava, quão forte era sua mordida, ou mesmo que tipos de presas ele comeu? Tudo é especulação porque nunca podemos voltar no tempo e ver o que estava acontecendo?
Essas são questões sobre paleobiologia e, surpreendentemente, muito pode ser inferido a partir de fósseis. Os fósseis, restos de qualquer
organismo do passado, podem parecer pedaços aleatórios de rocha sob a forma de folhas, ossos ou de conchas, mas eles podem revelar segredos para cientistas bem treinados. A Paleontologia, o
estudo da vida do passado, é como uma investigação da cena de um crime - há pistas aqui e ali, e o paleontólogo pode usá-las para entender alguma coisa sobre uma planta ou animal do passado, ou toda uma fauna ou flora que viveram juntos ao mesmo tempo.
Neste capítulo, vamos explorar os métodos da paleontologia, começando com o debate sobre como os dinossauros são retratados em filmes, e depois olhar mais amplamente em outros tipos de inferências que podem ser feitas a partir de fósseis.
Mas primeiro, para que serve a paleontologia? Por que alguém deveria se importar com ela?
A paleontologia no mundo moderno
Qual a utilidade da paleontologia? Há umas poucas décadas atrás, o principal objetivo era a datação de rochas. Muitos livros de paleontologia justificavam seus objetivos em termos de sua utilidade e contribuição para a indústria. Outros simplesmente diziam que os fósseis são lindos e as pessoas gostam de olhar para eles e recolhê-los (Fig. 1). Mas há mais do que isso. Nós identificamos seis razões por que as pessoas devem se preocupar com a paleontologia:
1.
Origens
As pessoas querem saber de onde veio a vida, de onde os humanos vieram, de onde a Terra e o universo veiram. Estas foram questões de filosofia, religião e ciência há milhares de anos e os paleontólogos têm um papel fundamental na tentativa de respondê-las. Apesar do progresso espetacular na paleontologia, geologia e astronomia ao longo dos últimos dois séculos, muitas pessoas com crenças religiosas fundamentalistas negam todas as explicações naturais de origens - estes debates são vistos como extremamente importantes.
2.
A curiosidade sobre mundos diferentes
Romances, ficção científica e fantasias nos permitem pensar sobre mundos que são diferentes do que vemos ao nosso redor. Outra maneira é estudar paleontologia – é pensar que haviam plantas e animais no passado, que foram bastante diferente de qualquer organismo moderno. Basta imaginar animais terrestres 10 vezes maiores que os elefantes, um mundo com níveis de oxigênio maiores do que hoje e libélulas do tamanho de gaivotas, um mundo apenas de micróbios, ou um tempo em que duas ou três espécies diferentes de hominídeos viveram na África!
3.
Clima e alteração da biodiversidade
Pensandores, e agora até mesmo os políticos, estão preocupados com a mudança climática e a futuro da vida na Terra. Muito pode ser aprender estudando o mundo moderno, mas a evidência chave sobre o provável futuro das mudanças ao longo de centenas ou milhares de ano vem de estudos sobre o que aconteceu no passado. Por exemplo, há 250 milhões de anos, a Terra passou por uma fase de substancial aquecimento global, queda nos níveis de oxigênio e ocorrência de chuvas ácidas, onde 95% das espécies desapareceram; isso pode ser relevante para debates atuais sobre o futuro?
4.
A forma de evolução
podem ser representadas por uma grande árvore de ramificação que liga todos nós de volta para uma única espécie em algum lugar do Pré-cambriano. Os Biólogos querem saber quantas espécies existem estão na Terra hoje, como a vida se tornou tão diversa, e a natureza e as taxas de diversificação e extinções. É impossível entender esses grandes padrões de evolução apenas a partir de estudos de organismos que vivem hoje.
5.
Extinção
Os fósseis nos mostram que a extinção é um fenômeno normal: nenhuma espécie dura para sempre. Sem o registro fóssil, que poderia se imaginar que as extinções têm sido causadas principalmente por interações humanas.
6.
Datação de rochas
A Bioestratigrafia, o uso de fósseis na datação de rochas, é uma ferramenta
poderosa para a compreensão tempo passado, e que é amplamente utilizada em estudos científicos, bem como por geólogos que procuram petróleo e depósitos minerais. A datação radiométrica fornece datas precisas em milhões de anos de amostras de rochas, mas esta abordagem tecnológica só funciona com certos tipos de rochas. Fósseis estão no cerne da estratigrafia moderna, tanto em aplicações econômicas e industriais e quanto como base da nossa compreensão da história da Terra, em nível local e global.
Paleontologia como ciência
O que é ciência?
Imagine que você está viajando de avião e seu vizinho vê que você está lendo um artigo sobre a vida na Era do Gelo em uma edição recente da National Geographic. Ele pergunta-lhe como é que alguém pode saber sobre os mamutes e os tigres-dente-sabre, e como eles poderiam fazer aqueles desenhos coloridos; certamente eles são apenas peças de arte, e não ciência? Como você responderia?
Considera-se que a Ciência trabalhe com a realidade, sobre fatos concretos, cálculos e provas. E é óbvio que você não pode ter uma máquina do tempo e voltar 20.000 anos para ver os mamutes e tigres-dente-sabre. Dessa forma, como podemos afirmar que há um método cientifico numa reconstrução paleontológica?
"Bem, foram desenterrados todos esses esqueletos surpreendentes e outros fósseis que você vê em museus ao redor do mundo - certamente seria muito inútil apenas parar por aí e não tentar responder perguntas sobre o animal - quão grande era, quais
eram seus parentes vivos mais próximos, quando ele viveu?".
Desde os primórdios, as pessoas têm sempre perguntas sobre de onde viemos, sobre as origens. Elas também perguntam sobre as estrelas, sobre como os bebês são feitos, sobre o que se encontra no final do arco-íris. Assim, a primeiro resposta é dizer que somos conduzidos pela nossa insaciável curiosidade e nosso sentido de saber para tentar para saber mais sobre o mundo, mesmo quando não temos sempre as melhores ferramentas para o trabalho.
A segunda resposta é a de considerar a natureza da Ciência. A ciência
trabalha apenas com certezas, com coisas prováveis? Em matemática, e muitas áreas da física, isso pode ser verdade. Você pode procurar medir a distância até a lua, calcular o valor de pi, ou obter um conjunto de equações que explicam influência da lua sobre as marés da Terra. De geração em geração, essas medidas e provas são testadas e melhoradas. Mas esta abordagem não funciona para a maioria das ciências naturais. Nas ciências naturais, existem duas abordagens principais: indução e dedução.
Sir Francis Bacon (1561-1626), um famoso Advogado Inglês, político e cientista (Fig. 2a), estabeleceu os métodos de indução em ciência. Ele argumentou que era apenas por meio da acumulação paciente de observações precisas dos fenômenos naturais que a explicação iria surgir. O requerente pode esperar ver padrões comuns entre as observações, e esses padrões comuns fariam apontar para uma explicação, ou a lei da natureza. Bacon encontrou a morte, talvez, como um resultado de sua curiosidade inquieta sobre tudo; ele estava viajando no inverno de 1626, e estava experimentando o uso de neve e de gelo para conservar a carne. Ele comprou uma galinha, e tirou seu casaco para recolher a neve e enfiar a ave dentro; ele contraiu pneumonia e morreu logo depois. A carne da ave, por outro lado, estava fresca para comer, uma semana depois, provando seu experimento.
A outra abordagem para a compreensão do mundo natural é uma forma de dedução, onde uma série de observações aponta para um resultado inevitável. Esta é uma parte da lógica clássica que remonta à Aristóteles (384-322 aC) e outros antigos filósofos gregos. O padrão lógico é o seguinte:
“Todos os homens são mortais. Sócrates é um homem.
Dedução é a abordagem principal na matemática e é um claro trabalho de detetive. Como ele funciona em ciência?
Karl Popper (1902-1994) explicou que a ciência funciona por meio do método hipotético-dedutivo. Popper (Fig. 2b) argumentou que, na maioria das ciências naturais, a prova é impossível. O que os cientistas fazem é a criação de hipóteses,
declarações sobre o que pode ou não pode ser o caso. Um exemplo de uma hipótese pode ser "Smilodon, o tigre-dente-sabre, era exclusivamente um comedor de carne". Isso nunca pode ser provado absolutamente, mas poderia ser refutada e, portanto, rejeitada. Então, os cientistas naturais fazem é o chamado teste de hipóteses; eles
procuram refutar (descartar) hipóteses vez de prová-las. Paleontólogos fizeram muitas
observações sobre Smilodon que tendem a corroborar (confirmar) a hipótese: ele
tinha dentes afiados e longos, os ossos foram encontrados com marcas de mordidas feitas por aqueles dentes, fezes de Smilodon fossilizadas contêm ossos de outros mamíferos, e assim por diante. Mas seria preciso apenas uma descoberta de um esqueleto de Smilodon com folhas em sua área de estômago, ou em seu excremento, para refutar a hipótese de que esse animal se alimentava exclusivamente de carne.
Ciência é, naturalmente, muito mais complexa do que isto. Os cientistas são humanos, e eles estão sujeito a todos os tipos de influências e preconceitos, como qualquer outra pessoa. Cientistas seguem tendências, eles são lentos para aceitar novas idéias, pois eles podem preferir uma interpretação sobre a outra por causa de alguma política ou crença sociológica. Thomas Kuhn (1922-1996) argumentou que a Ciência alterna entre os chamados tempos da ciência normal e os tempos de revolução científica. Revolução científica, ou mudança de paradigma, é quando uma
idéia totalmente nova invade uma área da ciência. As pessoas, à princípio, podem ficar relutantes em aceitar a idéia e lutam contra ela. Em seguida, alguns se manifestam em apoiá-la, e então todo mundo o faz. Isto está resumido no truísmo antigo - quando confrontadas com uma nova idéia, a maioria das pessoas tendem a rejeitá-la à principio, em seguida elas começam a aceitá-la, e então elas dizem que sempre foi assim.
evidências rigorosamente, e mudanças de paradigma só acontecem quando o peso das evidências para a nova teoria supera as evidências da visão anterior.
Assim, a ciência é a curiosidade sobre como o mundo funciona. Seria insensato excluir qualquer área de conhecimento da ciência, ou dizer que uma área da ciência é "mais científica" que a outra. Existe Matemática e existe Ciências Naturais. O ponto-chave é que pode não haver prova na ciência natural, apenas uma hipótese a ser testada. Mas de onde vêm as hipóteses? Elas são totalmente especulativas?
Fato e fantasia
–
onde está o limite?
Como em qualquer ciência, existem níveis de certeza em paleontologia. Os esqueletos fósseis mostram a forma e tamanho de um dinossauro, as rochas mostram onde e quando viveu, e fósseis associados mostram outros animais e plantas da época. Estes podem ser denominados fatos. Se um paleontólogo for mais longe? É possível pensar em uma seqüência de procedimentos que o paleontólogo usa para ir de ossos no chão para uma caminhada, rumo a reconstrução de um organismo do passado. E esta seqüência aproximadamente corresponde a uma seqüência decrescente de certezas, em três passos.
A primeira etapa é reconstruir o esqueleto, para colocá-lo de volta. A maioria dos paleontólogos aceitaria que isso é uma coisa válida para fazer, e que há muito poucas suposições na identificação dos ossos e em colocá-los juntos em um cenário realista. O próximo passo é reconstruir os músculos. Isso pode parecer muito especulativo, mas todos os vertebrados vivos - sapos, lagartos, crocodilos, aves e mamíferos - têm praticamente os mesmos tipos de músculos, por isso é que os dinossauros provavelmente também os têm. Também, os músculos deixam marcas nos ossos que mostram onde eles estavam anexados. Assim, os músculos vão para o
esqueleto - ou em um modelo, com músculos feitos a partir de massa de modelar, ou virtualmente, dentro de um computador - e estes fornecem a forma do corpo. Outros tecidos moles, tais como o coração, o fígado, olhos, língua e assim por diante raramente são preservados (embora surpreendentemente tais tecidos às vezes são excepcionalmente preservados), mas mais uma vez o seu tamanho e posições são previsíveis baseando-se nos parentes modernos. Mesmo a pele não é inteiramente especulativa: alguns espécimes mumificados de dinossauros mostram padrões de escamas estabelecidas na pele.
O segundo passo é trabalhar sobre a biologia básica do organismo do passado. Os dentes indicam o que o animal comia, e a forma da mandíbula mostra como se alimentava. Os ossos dos membros mostram como o dinossauro se movia. Você pode manipular as articulações e calcular os movimentos, extendendo e contraindo os membros. Com cuidado, é possível para trabalhar o padrão de locomoção em grande detalhe. Todas as imagens de como andar, correr, nadar e voar mostrados em documentários como Walking with Dinosaurs (ver Box 1.2) são geralmente baseadas em cálculos cuidadosos, modelagem e comparação com animais vivos. Os movimentos das mandíbulas e dos membros têm de obedecer as leis da física (gravidade, a mecânica de alavancas, e assim por diante). Desse modo, essas indicações de paleobiologia e biomecânica são defensáveis e realistas.
Então, quando você vê na Tela da TV um dinossauro grunhindo ou um trilobita cheio de pernas trotando ou uma figura em destaque numa revista, são apenas fantasia e suposições? Talvez agora você pode dizer ao seu companheiro de viagem que é uma interpretação razoável, provavelmente baseado em um grande trabalho duro. A forma do corpo está provavelmente correta, os movimentos dos maxilares e dos membros estão tão realistas como eles podem ser, e as cores, ruídos e comportamentos podem ter mais evidência por trás deles do que você pode imaginar à primeira vista.
BOX 1.1 – Ladrão de ovos ou mãe zelosa?
Quão drasticamente algumas hipóteses podem mudar! Nos anos 1920, quando a primeira expedição do Museu Americano de História Natural (AMNH) foi para a Mongólia, alguns dos mais espetaculares ninhos contendo ovos de dinossauro foram encontrados. Os ninhos foram escavados na areia, e cada um continha 20 ou 30 ovos em forma de salsicha, dispostos em círculos irregulares, e apontando para o meio. Em torno dos ninhos foram encontrados esqueletos de dinossauros ceratopsídeos herbívoros Protoceratops e um dinossauro carnívoro magro, de quase 2 metros de comprimento. Este carnívoro tinha um pescoço longo, um crânio estreito, mandíbulas sem dentes, braços fortes com longos dedos ósseos. Henry Fairfield Osborn (1857-1935), o famoso paleontólogo e autocrático diretor do AMNH, nomeou este terópode de Oviraptor, o que significa "Ladrão de ovos". Um diorama foi construído no AMNH, e fotografias e dioramas da cena foram vistos em livros e revistas em todo o mundo: Oviraptor era o ladrão de ovos que ameaçava um inocente Protoceratops que tentou proteger seu ninho e seus bebês.
Então, em 1993, o AMNH enviou outra expedição à Mongólia, e toda a história mudou. Mais ninhos foram encontrados, e os pesquisadores coletaram alguns ovos. Surpreendentemente, eles também encontraram um esqueleto inteiro de um Oviraptor aparentemente sentado em cima de um ninho (Fig. 3). Ele estava agachado para baixo, e teve seus braços estendidos em um amplo círculo, como se cobrisse ou protegesse o ninho todo. Os pesquisadores exppuseram os ovos sob raios-X no laboratório, e constataram que um continha um embrião. Eles meticulosamente dissecaram a casca e dos sedimentos para expor os minúsculos ossos incompletos dentro o ovo - um
bebê Protoceratops? Não! O embrião pertencia ao
Oviraptor, e o adulto sobre o ninho estava chocando os ovos ou, mais provavelmente, protegendo-os da tempestade de areia que soterrou ela e seu ninho. Como confirmação, uma equipe independente de cientistas canadenses e chineses encontrou outro Oviraptor em seu ninho do outro lado da fronteira, no
norte da China.
Paleontologia e a história das imagens
Debates sobre ciência e testes em paleontologia tem uma longa história. Isto pode ser visto na história das imagens da vida no passado: no início, os paleontólogos apenas descreviam os fósseis como eles viam. Em seguida, eles tentaram mostrar com o que o fóssil se parecia, reparando rachaduras e danos em conchas fósseis, ou mostrando um esqueleto em uma pose natural. Para muitos na década de 1820, isso foi o suficiente, nada poderia ser mais científico.
No entanto, alguns paleontólogos ousoram mostrar a vida do passado, como eles a enxergavam. Afinal, este não é um dos objetivos da paleontologia? E se os paleontólogos não se valerem de recursos artísticos, quem o fará? Os primeiros desenhos de animais e plantas extintos reconstruídos apareceram nos anos de 1820 (Fig. 4). Em 1850, alguns paleontólogos foram trabalhando com artistas para reproduzir a vida do passado como pinturas de cenas, e até modelos tridimensionais para os museus. O crescimento dos museus, e melhorias nos processos de impressão, fez com que em 1900 fosse comum ver pinturas coloridas de cenas dos tempos antigos, feitas por artistas e supervisionadas por paleontólogos de renome. Dinossauros se movendo, é claro, tem uma longa história nos filmes de Hollywood ao longo do Século 20, mas os paleontólogos esperaram até a tecnologia permitir interpretações mais realistas geradas por computador na década de 1990, primeiro em
Jurassic Park (1993), e depois em Walking with Dinosaurs (1999), e hoje em centenas de filmes e documentários que são lançados a cada ano (Box 1.2). Apesar das reclamações de alguns paleontólogos sobre a mistura de fato e especulação em filmes e documentários de TV, seus próprios museus costumam usar as mesmas tecnologias em suas exposições! A lenta evolução das reconstruções de vida no passado ao longo dos séculos reflete o crescimento da paleontologia como uma disciplina. Como os primeiros cientistas consideravam os fósseis?
BOX 1.2 – Trazendo o tigre-dente-de-sabre de volta à vida
Todas as imagens de dinossauros e da vida no passado foram alteradas em 1993. O filme de Steven Spielberg, Jurassic Park, foi o primeiro a usar as novas técnicas de imagens geradas por computador (CGI) para produzir animações realistas. Os filmes mais antigos de dinossauros usavam modelos em argila ou lagartos com cristas de papelão preso em suas costas. Estes eram horríveis e nunca foram levados a sério pelos paleontólogos. Até 1993, reconstruções sérias de dinossauros foram feitas apenas como pinturas bidimensionais e modelos tridimensionais em museus. CGI fez aquelas imagens coloridas ganharem movimento. Após o enorme sucesso de Jurassic Park, Tim Haines na BBC de Londres decidiu tentar utilizar as novas técnicas de CGI para produzir uma série de documentários sobre dinossauros. Ano após ano, computadores foram se tornando mais poderosos, e o software CGI foi se tornando mais sofisticado. O que antes custava milhões de dólares agora custa apenas milhares. Isso resultou na série Walking com dinossauros, exibida primeiramente em 1999 e 2000. Após o sucesso da série, Haines e sua equipe mudaram-se para a produção do Caminhando com as Bestas, exibido em 2001. Havia seis programas, cada um com seis ou
sete animais chave. Cada um destes animais foi estudado em profundidade por consultores paleontólogos e artistas, e um modelo de argila cuidadosamente medido (maquete) foi feito. Esta foi a base para a animação. A maquete foi digitalizada a laser, e se transformou em um
“modelo virtual” que pode ser movido no computador em simulações para correr, caminhar,
saltar e outras ações.
Enquanto os modelos foram sendo desenvolvidos, as equipes da BBC deram a volta ao mundo para filmar o cenário de fundo. Foram escolhidos locais que tinham a topografia correta, plantas e sensações climáticas. Onde mamíferos antigos espalhavam água, ou pegavam um ramo, a ação (movimento espalhar, de pegar o ramo) tinha que ser filmado. Em seguida, os animais animados foram casados com o cenário nos estúdios da Framestore, uma empresa de CGI. Isso é difícil de fazer, porque sombreamento e os reflexos tinham que ser acrescentados de modo que os animais interagissem com os fundos. Se eles percorressem uma floresta, eles teriam que desaparecer atrás de árvores e
arbustos, e seus músculos teriam de se mover abaixo de sua pele (Fig. 5), tudo é semi-automatizado através do software de CGI. Efeitos de CGI são comuns em filmes de hoje, publicidade e aplicações educacionais. De seu início por volta de 1990, a indústria emprega milhares de pessoas, e muitos deles trabalham em tempo integral para fazer reconstruções paleontológicas para as empresas de TV e museus.
Etapas para a compreensão dos fósseis
Primeiras descobertas dos fósseis
Fósseis são muito comuns em certos tipos de rochas, e eles são muitas vezes objetos atraentes e bonitos. É provável que as pessoas colecionavam fósseis há muito tempo, e talvez até mesmo tenham se perguntado porque conchas de criaturas do mar são encontradas no alto das montanhas, ou como um perfeito espécime preservado de peixe veio parar enterrado dentro de camadas de rocha. Povos pré-históricos coletaram fósseis e os usaram como ornamentos, presumivelmente, com pouca compreensão do seu significado. Algumas especulações iniciais sobre fósseis feitas por autores clássicos parecem agora muito sensíveis para os observadores modernos. Gregos antigos, tais como Xenófanes (576-480 aC) e Heródoto (484-426 aC), reconheceram que alguns fósseis foram os organismos marinhos, e que estes seriam evidências para as posições iniciais do oceanos. Já outros autores clássicos e medievais, no entanto, tinham uma visão diferente.
Fósseis como pedras mágicas
Na época romana e medieval, os fósseis eram muitas vezes interpretados como objetos místicos ou mágicos. Dentes de tubarão fósseis "eram conhecidos como
glossopetrae ("pedras língua"), em referência a sua semelhança com supostas línguas, e muitas pessoas acreditavam que eles eram línguas petrificadas de cobras. Esta interpretação levou à crença de que a glossopetrae poderia ser usada como proteção contra picadas de cobra e outros venenos. Os dentes eram usados como amuletos para afastar o perigo, e eles eram mergulhados em bebidas, a fim de neutralizar qualquer veneno.
A maioria dos fósseis foi reconhecida como “semelhantes” a restos de plantas
ou animais, mas eles considerados ter sido produzidos por uma força modeladora, a
A idéia de forças modeladoras tinha sido, em grande parte, derrubada na década de 1720, mas alguns eventos extraordinários em Wurzburg na Alemanha naquele tempo deram o golpe final. Johann Beringer (1667-1740), professor universitário, começou a descrever e ilustrar exemplares "fósseis" trazidos a ele por colecionadores locais. Mas acabou que os coletores tinham sido pagos por um acadêmico rival, no qual eles fabricavam os
"fósseis", esculpindo o calcário macio em contornos de conchas, flores, borboletas e aves (Fig. 6). Havia ainda uma peça com um par de rãs em acasalamento, e outras com símbolos astrológicos e letras hebraicas. Beringer resistiu às evidências de que os espécimes eram falsificações, e as descreveu em seu livro, o
Wirceburgensis Lithographiae (1726), mas percebeu a terrível verdade logo após a publicação.
Fósseis como fósseis
O debate sobre as forças modeladoras foi encerrado abruptamente pela derrocada de Beringer com as pedras modeladas, mas na verdade ele tinha sido resolvido bem antes. Leonardo da Vinci (1452-1519), um brilhante cientista e inventor (bem como um grande artista), usou suas observações de plantas e animais modernos, de rios e mares modernos, para explicar como as conchas do mar fósseis foram encontradas nas altas montanhas italianas. Ele interpretou-as como os restos de conchas antigas, e argumentou que o mar tinha coberto estas áreas uma vez.
Mais tarde, Nicolaus Steno (ou Niels Stensen) (1638-1686) demonstrou a verdadeira
natureza da glossopetrae simplesmente
dissecando a cabeça de um enorme tubarão moderno, e mostrando que seus dentes eram idênticos aos fósseis (Fig. 7). Robert Hooke
(1625-Figura 6 Duas rochas falsas dos famosos "Fósseis" descritos pelo professor Beringer de Wurzburg, em 1726: ele acreditava que estes espécimes representavam animais reais dos tempos antigos que tinham cristalizado nas rochas pela ação da luz do sol.
1703), um contemporâneo de Steno, também fez descrições detalhadas de fósseis, utilizando um microscópio rudimentar para comparar a estrutura celular de madeira e fósseis de madeira, e as camadas cristalinas da concha de um molusco moderno e um fóssil. Estes simples trabalhos descritivos mostraram que as explicações mágicas de fósseis eram sem fundamento.
A idéia de extinção
Robert Hooke foi um dos primeiros a insinuar a idéia de extinção, um assunto que foi calorosamente debatido durante o século 18. O debate fervia tranquilamente até os anos 1750 e 1760, quando restos de fósseis de mastodonte na América do Norte começaram a aparecer. Os exploradores enviaram grandes dentes e ossos de volta para Paris e Londres, para estudo por anatomistas especialistas (a prática normal da época, porque a perquisa científica como uma profissão ainda não tinha começado na América do Norte). William Hunter observou, em 1768, que a "American incognitum" era bem diferente dos elefantes modernos e dos mamutes, e era claramente um animal carnívoro extinto. "Se esse animal era de fato carnívoro, que eu acredito que não exista dúvida, acho que podemos como filósofos nos render", ele escreveu ainda, "como os homens não podemos deixar de dar graças a Deus que esta geração está provavelmente extinta ".
A evidência de extinção foi demonstrada pelo grande naturalista francês Georges Cuvier (1769-1832). Ele mostrou que o
mamute da Sibéria e o mastodonte da América do Norte eram espécies únicas e diferentes dos elefantes africano e indiano moderno (Fig. 8). Cuvier estendeu seus estudos para os ricos depósitos de mamíferos do Eoceno da Bacia de Paris, descrevendo esqueletos de animais semelhantes a cavalos como (ver fig. 4), um gambá, carnívoros, aves e répteis, os quais marcadamente eram diferentes das formas de vida atuais. Ele também descreveu crocodilianos do Mesozóico, pterossauros e o grande Mosassauro de Maastricht.
Cuvier é às vezes chamado de pai da anatomia comparada; ele percebeu que todos os organismos compartilham estruturas comuns. Por exemplo, ele mostrou que os elefantes, vivo ou
fóssil, todos compartilham determinadas características anatômicas. Suas demonstrações públicas se tornoram famosas: ele afirmou ser capaz de identificar e reconstruir um animal a partir de um dente ou osso, e ele geralmente era bem sucedido. Depois de 1800, Cuvier havia estabelecido a idéia de extinção.
A vastidão do tempo geológico
Muitos paleontólogos perceberam que as rochas sedimentares e seus fósseis contidos documentavam a história de longos tempos passados. Até o final do século 18, os cientistas aceitavam os cálculos da Bíblia que a Terra tinha apenas 6000-8000 anos. Este ponto de vista foi desafiado, e a maioria dos pensadores aceitou uma desconhecida, mas muito longa, idade para a Terra a partir de 1830. Os períodos e eras geológicas foram nomeados através dos anos 1820 e 1830, e os geólogos perceberam que poderiam usar os fósseis para reconhecer todas principais unidades de rochas sedimentares, e que estes unidades de rocha seguiam uma seqüência previsível em todos os lugares em todo o mundo. Estes foram os principais passos nos fundamentos da Estratigrafia, o estudo do tempo geológico.
Fósseis e evolução
Progressismo e evolução
Conhecimento do registro fóssil em 1820 e 1830 foi extraordinário, e os paleontólogos debatiam se houve uma progressão de organismos simples nas rochas mais antigas para formas mais complexas posteriores. O geólogo britânico, Charles Lyell (1797-1875), foi um antiprogressista. Ele acreditava que o registro fóssil não mostrava evidências de uma via única de mudanças à longo prazo, mas sim ciclos de mudança. Ele não teria ficado surpreso ao encontrar evidências de fósseis humanos no Siluriano, ou fósseis de dinossauros voltarem a aparecer algum momento no futuro, se as condições eram bem definidas.
Progressismo estava ligado à idéia de evolução. As primeiras considerações sérias sobre evolução ocorreu na França do século 18, na obra dos naturalistas, Conde de Buffon (1707-1788) e Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829). Lamarck explicou o fenômeno do progressismo em larga escala através do modelo evolutivo denominado a “Grande Cadeia do Ser” ou “Naturae Scala”. Ele acreditava que todos os microrganismos, plantas e animais vivos e extintos, estavam ligados ao tempo por uma escada unidirecional que conduz dos mais simples, na parte inferior aos mais complexos no superior, partindo das rochas até os anjos. Lamarck argumentou que a
macacos ápodos poderiam se tornar seres humanos, e que os seres humanos de hoje foram destinados a mover-se para o nível de anjos.
Evolução Darwiniana
Charles Darwin (1809-1882) desenvolveu a teoria da evolução pela seleção natural em1830, abandonando a crença habitual de que espécies eram fixas e imutáveis.Darwin percebeu que os indivíduos dentro das espécies apresentavam variação considerável, e que não havia "tipo" central fixado que representava a essência de cada espécie. Ele também enfatizou a idéia da evolução por descendência comum, ou seja, que todas as espécies de hoje evoluíram de outras espécies no passado. O problema que ele tinha que resolver era explicar como a variação dentro de espécies pode ser aproveitada para gerar as mudanças evolutivas. Darwin encontrou a solução em um livro publicado em 1798 por Thomas Malthus (1766-1834), que demonstrou que as populações humanas tendem a aumentar mais rapidamente do que os suprimentos de comida. Assim, apenas o mais forte pode sobreviver. Darwin percebeu que tal princípio era aplicado a todos os animais, que os indivíduos sobreviventes seriam aqueles que estivessem mais bem adaptados para obter comida e para produzir proles saudáveis, e que suas adaptações particulares seriam herdadas. Esta foi teoria da evolução pela seleção natural de Darwin, o núcleo do pensamento evolutivo moderno.
A teoria foi publicada 21 anos depois de Darwin ter formulado a idéia, em seu livro Sobre a Origem das Espécies (1859). O atraso foi resultado do medo de Darwin de desafiar a opinião vigente, e de seu desejo de reforçar sua visão com tantos fatos de apoio que ninguém poderia negar. Com efeito, a maioria dos cientistas aceitou a idéia de evolução por descendência comum em 1859, mas poucos aceitaram (ou entenderam) a ideia de seleção natural. Foi apenas após o início da genética moderna no início do século 20, e sua fusão com a "história natural" (sistemática, ecologia, paleontologia) na década de 1930 e 1940, em um movimento chamado de "Síntese moderna", que a evolução darwiniana por seleção natural tornou-se plenamente estabelecida.
A Paleontologia hoje
Dinossauros e fósseis humanos
ossos de dinossauro isolados foram descritos na Inglaterra e Alemanha na década de 1820 e 1830, e tentativa reconstruções foram feitas (Fig. 9). No entanto, foi somente com a descoberta de esqueletos completos na Europa e América do Norte na década de 1870 que uma verdadeira imagem destes surpreendentes animais pode ser apresentada. O primeiro espécime de Archaeopteryx, a ave mais antiga, veio à luz em 1861: ali estava um verdadeiro "elo perdido", previsto por Darwin só Dois anos antes.
Darwin esperava que a paleontologia fornecesse evidências-chave para a evolução; ele esperava que, à medida que mais descobertas fossem feitas, os fósseis alinhariam em longas sequências mostrando o padrão exato de descendência comum.
Archaeopteryx era um começo espetacular. Ricas descobertas de mamíferos fósseis no Terciário Norte-americano foram mais uma prova. Otoniel Marsh (1831-1899) e Edward Cope (1840-1897), arquirivais na busca de novos dinossauros, também encontraram vários de mamíferos, incluindo numerosos esqueletos de cavalos, que conduziram do pequeno Hyracotherium de quatro dedos de 50 milhões de anos atrás às formas modernas grandes de um único dedo. Seus trabalhos lançaram as bases para um dos exemplos clássicos de tendência evolutica à longo prazo evolutivo.
Fósseis humanos começaram a vir à luz em todo este tempo: restos incompletos do Homem de Neandertal, em 1856, e fósseis de Homo erectus em 1895. A revolução em nossa compreensão da evolução humana começou em 1924, com o anúncio do primeiro espécime do “macaco austral” Australopithecus da África, um dos primeiros ancestrais humano.
Evidências das primeiras formas de vida
No outro extremo da escala evolutiva, paleontólogos fizeram extraordinário progresso na compreensão dos primeiros estágios na evolução da vida. Fósseis cambrianos eram conhecidos desde a década de 1830, mas a espetacular descoberta do Xisto de Burgess no Canadá em 1909 mostrou a extraordinária diversidade de animais de corpo mole que nunca tinha sido conhecida. Semelhantes, mas ligeiramente mais antigas, as faunas de Sirius Passett no norte Groenlândia e Chengjiang no sul da China confimaram que o Cambriano foi verdadeiramente um momento marcante na história da vida. Fósseis ainda mais antigos do Pré-Cambriano tinham sido avidamente procurados por anos, mas o avanço só aconteceu por volta de 1950. Em 1947, os primeiros fósseis de corpo mole de Ediacara foram encontrados na Austrália, e já foram identificados em muitas partes do mundo. Formas de vida mais antiga e simples foram reconhecidas após 1960 através da utilização de técnicas avançadas de microscopia, e alguns aspectos dos primeiros 3 bilhões de anos da história da vida são agora compreendidos.
Macroevolução
A coleta de fósseis ainda é um aspecto-chave da paleontologia moderna, e notáveis descobertas são anunciadas o tempo todo. Além disso, paleontólogos fizeram contribuições dramáticas para a nossa compreensão da evolução em larga escala, ou macroevolução, um campo que inclui estudos das taxas de evolução, a
natureza de especiação, o tempo e extensão de extinções em massa, a diversificação da vida, e outros tópicos que envolvem longas escalas de tempo.
Estudos de macroevolução demandam exímio conhecimento das escalas de tempo e exímio conhecimento das espécies fósseis. Estes dois aspectos-chave do registro fóssil, nosso conhecimento da vida antiga, são raramente perfeitas: em qualquer área de estudo, os fósseis não podem ser datados com mais precisão do que mais próximo do que entre 10.000 ou 100.000 anos. Além disso, a nosso conhecimento das espécies fósseis pode ser incerto porque os fósseis não são completos. Os paleontólogos gostariam de determinar se sabemos a 1%, 50% ou 90% das espécies de plantas e animais fósseis; o eminente paleontólogo americano Arthur J. Boucot considerou, com base em sua larga experiência, que 15% era um patamar razoável. Até porque esta é uma generalização - provavelmente o conhecimento varia de grupo por grupo: alguns são provavelmente muito mais conhecidos do que outros.
um ou dois exemplos, e saltar para uma conclusão, ou para uma tentativa de adivinhar como algumas espécies fósseis mudoram com o tempo. Existem muitos métodos quantitativos na análise de dados paleontológicos. Pelo menos, todos os paleontólogos devem aprender estatísticas simples para que possam descrever uma amostra de fósseis de uma maneira razoável (Box 1.3) e começar a testar, estatisticamente, algumas hipóteses simples.
Box 1.3 – Paleobioestatística
A Paleobiologia moderna se baseia em métodos quantitativos. Com a ampla disponibilidade de microcomputadores, uma grande bateria de técnicas estatísticas e gráficas já está disponível (Hammer & Harper 2006). Dois exemplos simples demonstram algumas das técnicas utilizadas em estudos taxonômicos, primeiramente para resumir e divulgar dados precisos, e em segundo lugar para testar hipóteses.
O braquiópode terebratulídeo Dielasma é comum em dolomitas e calcários associados com depósitos de recifes do Permiano, no norte da Inglaterra. Será que as amostras parecem com as populações viventes, e que todos eles pertencem a uma ou várias espécies? Duas medidas foram feitas em amostras de um único sítio, e estas foram plotadas num polígono de frequência (Fig. 10a) para mostrar a estrutura da população. Esta plotagem pode testar a hipótese de que há de fato apenas uma espécie e que os espécimes parecem uma única população típica. Se houver duas espécies, deve haver dois picos separados, mas similares, que ilustram os ciclos de crescimento das duas espécies.
padrões de crescimento de Dielasma: a concha crescia de uma maneira uniforme, ou ela crescia mais rapidamente em uma dimensão do que a outra? A hipótese é que a concha crescia de forma uniforme em todas as direções, e quando as duas medidas são comparados em escala logarítmica (Fig. 10c), o declive da linha é igual a um. Assim, ambas as medidas cresciam à mesma taxa.
Em um segundo estudo, uma coleção de milhares de microvertebrados (dentes, escamas e ossos pequenos) foi feita por peneiração de sedimentos do Jurássico Médio na Inglaterra. Uma amostra aleatória de 500 destes espécimes foi tomada, e os dentes e os ossos foram separados em grupos taxonômicos: os resultados são apresentados como um gráfico (Fig. 11a). Também é possível classificar estes 500 espécimes em outros tipos de categorias, como tipos de ossos e dentes ou classes tafonômicas (Fig. 11b, c). Uma análise adicional foi feita dos dentes de um terópode relativamente abundante (dinossauro carnívoro), para testar se eles representavam uma única população de animais jovens e velhos, ou se eles vieram de várias espécies. Comprimentos e larguras de dentes foram medidos, e polígonos de freqüência (Fig. 11d) mostram que há duas populações dentro da amostra, provavelmente representando duas espécies.
Pesquisa em Paleontologia
A maioria das pesquisas paleontológicas hoje é feita por profissionais remunerados em instituições científicas, tais como universidades e museus, equipados com poderosos computadores, microscópios eletrônicos de varredura, equipamentos de análise geoquímica, e bibliotecas bem abastecidas, e, idealmente, compostos por técnicos de laboratório, fotógrafos e artistas. No entanto, importante parte do trabalho é feita por amadores, entusiastas que não são pagos para trabalhar como paleontólogos, mas freqüentemente descobrem novos sítios e espécimes, e muitos dos quais se tornam competentes em um determinado grupo de fósseis.
Um clássico exemplo de um projeto de pesquisa paleontológico mostra como uma mistura de sorte e muito trabalho é crucial, bem como a cooperação de muitas pessoas. A espetacular fauna do Xisto de Burgess (Gould, 1989; Briggs et al. 1994) foi encontrada pelo geólogo Charles Walcott em 1909. A descoberta foi em parte por acaso: a história é contada com Walcott e sua esposa andando a cavalo pelas Montanhas Rochosas canadenses, e seu cavalo tropeçou supostamente sobre uma laje de rolamento de xisto que abrigava exemplos de Marrella splendens, os “caranguejos rendados”, maravilhosamente preservados. Durante cinco temporadas depois, Walcott coletou mais de 60.000 espécimes, agora no Museu Nacional de História Natural, em Washington, DC. As pesquisas de Walcott, juntamente com muitos trabalhadores, documentaram um grupo anteriormente desconhecido de animais de corpo mole. O sucesso do trabalho dependeu de novas tecnologias como microscópios de alta resolução, microscópios de varredura eletrônica, fotografia de raios-X e computadores para permitir reconstruções tridimensionais de fósseis de corpo mole. Além disso, o trabalho só foi possível por causa de milhares de horas de tempo utilizadas na preparação adequada dos fósseis delicados, na produção de detalhados desenhos e descrições. No total, uma variedade de fontes de financiamento do governo e privado deve ter contribuído centenas de milhares de dólares para a continuidade do trabalho de coleta, descrição e interpretação da extraordinária fauna do Xisto de Burgess.
Expedições paleontológicas modernas estão em todo o mundo, e requerem cuidadosa negociação, planejamento e captação de recursos. Uma expedição típica pode custar cerca de 20.000 a 100.000 dólares, e os paleontólogos de campo tem que gastar uma grande quantidade de tempo planejando como aumentar o financiamento do governo para programas de ciência, de agências privadas, como a National
Geographic Society e a Jurassic Foundation, ou de ex-alunos e outros patrocinadores. Um típico exemplo de alta excelênica é um programa de longa duração de estudos dos dinossauros e outros grupos de fósseis do Cretáceo de Madagascar (Box 1.4).
As expedições de campo atraem grande atenção, mas a maior parte da investigação paleontológica é feita em o laboratório. Paleontólogos podem estar motivados para estudar fósseis por todos os tipos de razões, e as suas técnicas são tão amplas como em qualquer ciência. Paleontólogos trabalham com químicos para entender como os fósseis são preservados e usar fósseis para interpretar climas antigos e atmosferas. Paleontólogos trabalham com engenheiros e físicos para entender como antigos animais mudaram, e com biólogos para compreender como os organismos antigos viviam e como se relacionam uns com os outros. Paleontólogos trabalhar com os matemáticos compreender todos os tipos de aspectos da evolução e os eventos, e biomecânica e distribuição de organismos antigos. Paleontólogos, claro, trabalham com geólogos para entender a sequência e datação das rochas e ambientes e climas antigos.
Mas parece que, apesar de séculos de estudo, paleobiólogos tenho muito a aprender. Nós não temos uma árvore completa de vida; nós não sabemos o quão rápido a diversificação pode acontecer e por que alguns grupos explodiram em algums cenários e tornaram-se bem sucedidos e outros não; nós não conhecemos as regras da extinção e extinção em massa; não sabemos como a vida surgiu a partir de matéria não-viva, não sabemos por que muitos grupos de animais adquiriu esqueletos há 500 milhões de anos; nós não sabemos por que vida migrou para o ambiente terrestre há 450 milhões de anos; não sabemos exatamente o que fez os dinossauros morrerem; não sabemos com o que o ancestral comum de chimpanzés e humanos parecia e por que a linhagem humana se separou e evoluiu tão rápido para dominar o mundo. Estes são, de fato, tempos excitantes para as novas gerações entrarem neste dinâmico campo de estudo!
Box 1.4 – Dinossauros gigantes de Madagascar
Superior de Madagascar, e contar a história passo a passo. Fósseis de dinossauros isolados foram coletados por expedições britânicas e francesas na década de 1880, mas um grande esforço de coleta foi necessário para ver o que realmente estava lá. Desde 1993, uma equipe, liderada por David Krause da SUNY- Stony Brook viajou à Madagascar para nove temporadas de campo com financiamento da US National Science Foundation e da National Geographic Society. O seu trabalho trouxe à luz alguns notáveis novos fósseis de aves, mamíferos,
crocodilos e dinossauros do Cretáceo Superior.Uma das grandes descobertas da expedição de 1998 foi um esqueleto quase completo de um saurópode titanosauro. Estes dinossauros herbívoros gigantes eram particularmente conhecidos na América do Sul e Índia, apesar de terem uma distribuição global, e ossos isolados haviam sido relatados em Madagascar em 1896. O novo fóssil foi encontrado em uma encosta de rochas da Formação do Maevarano, datada de cerca de 70 milhões de anos, na Bacia de Mahajanga. O ambiente é árido e exposto, e os ossos foram escavados sob um sol ardente. A primeira pista da descoberta foi uma série de vértebras da cauda articulada, mas como a equipe relatou: "Quanto mais cavávamos na encosta, mais os ossos encontrávamos". Quase todos os ossos do esqueleto foram preservados, desde a ponta do nariz, até a ponta da cauda. Os ossos foram escavados e cuidadosamente embrulhados em envólucros de gesso para transporte de volta para os Estados Unidos.
De volta ao laboratório, os ossos foram limpos e definidos (Fig. 12). Kristi Curry Rogers trabalhou nos ossos gigantes para sua tese de doutorado que ela completou na SUNY- Stony
Brook, em 2001. Kristi, e seu colega Cathy Forster, nomearam o novo saurópode de
Rapetosaurus krausei em 2001. Ele era diferente dos titanosauros já descritos em outras
partes do mundo, e o espécime era único por estar quase completo e pela preservação do crânio, que foi descrito em detalhe por Curry Rogers e Forster em 2004. Seu nome se refere a "rapeto", um lendário gigante do folclore de Madagascar. Rapetosaurus krausei é o mais completo e mais bem preservado titanossauro já descoberto.
Kristi Curry Rogers agora é curadora e chefe de paleontologia de vertebrados no Museu de Ciência de Minnesota, onde continua seu trabalho sobre a anatomia e relações entre dinossauros saurópodes, e histologia de ossos de dinossauros.
