Paleontologia como cie ncia
Pontos chave:
O principal valor da paleontologia foi 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.
A pesquisa em paleontologia tem muitas facetas, incluindo a descoberta de novos fósseis e utilização de métodos quantitativos para responder a perguntas sobre paleobiologia, paleogeografia, macroevolução, a árvore da vida e do tempo antigo.
Os cientistas discutem sobre o que é ciência e o que não é. Ernest Rutherford tinha uma consideração muito pequena sobre qualquer coisa que não era da matemática ou física, e assim ele considerava toda a Biologia e a Geologia (incluindo a Paleontologia) como a "filatelia", um mero registro de detalhes e histórias. Mas isso é verdade?
A maioria das críticas sobre a Paleontologia está na reconstrução de plantas e animais antigos: Será que alguém é capaz de descobrir de que cor eram os dinossauros ou que ruídos eles faziam? Como um paleontólogo pode definir quantos ovos um Tyrannosaurus ovopõe? Quanto tempo levava para um jovem crescer para o tamanho adulto? Quais as diferenças entre machos e fêmeas? Como alguém pode descrever como um animal antigo caçava? Quão forte era sua mordida, ou mesmo que tipos de presas ele comeu? Tudo é especulação porque nunca poderemos voltar no tempo e ver o que aconteceu?
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
Figura 1. As pessoas gostam de colecionar fósseis. Muitos paleontólogos profissionais entraram no campo por causa da curiosidade de encontrar algo bonito que veio de uma planta ou animal que morreu há milhões de anos atrás. Fósseis como este pequeno peixe do Eoceno no Wyoming (a), pode surpreender-nos pela sua abundância, ou o inseto em âmbar (b), com o detalhe requintado da sua preservação.
eles e recolhê-los (Fig. 1.1). Mas há mais do que isso. Nós identificamos seis razões pelas quais as pessoas devem dar valor à Paleontologia:
1. Origens
As pessoas querem saber de onde a vida surgiu, de onde os humanos vieram, de onde a Terra e o universo vieram. Estas foram questões foram abordadas pela Filosofia, Religião e Ciência por 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, sendo debates extremamente importantes para a sociedade.
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 – pensar que haviam plantas e animais no passado que foram bastante diferentes 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 as mudanças climáticas e a futuro da vida na Terra. Muito pode ser aprendido estudando o mundo moderno, mas evidências chave sobre o provável futuro das mudanças ao longo de centenas ou milhares de anos vêm 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 e isso pode ser relevante para debates atuais sobre o futuro.
4. A forma da evolução
A árvore da vida é um conceito poderoso e abrangente – remete à idéia de que todas as espécies vivas e extintas estão relacionadas umas às outras e suas relações podem ser representadas por uma grande árvore cuja ramificação liga todos nós de volta para uma única espécie em algum lugar do Pré-cambriano. Os Biólogos querem saber quantas espécies existem 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, poderia se imaginar que as extinções têm sido causadas principalmente por interações humanas.
6. Datação de rochas
A Bioestratigrafia, o uso de fósseis para a 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.
A Paleontologia como ciência
O que é ciência?
Imagine que você está viajando de avião e seu vizinho de poltrona vê que você está lendo um artigo sobre a vida na Era do Gelo em uma edição recente da revista National Geographic. Ele lhe questiona como é que alguém pode saber sobre os mamutes e os tigres-dente-sabre, e como eles poderiam fazer aqueles desenhos coloridos; e que certamente eles são apenas obras 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?
Há duas formas de responder a esta pergunta: a primeira é óbvia, mas com um pouco de deformação, e a segunda chega ao cerne da questão. Assim, para justificar os desenhos coloridos de mamíferos extintos, sua primeira resposta poderia ser: "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 desenterrado: quão grande era? Quais são seus parentes vivos mais próximos? Quando ele viveu?". Desde os primórdios, as pessoas sempre têm 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 primeira resposta seria dizer que somos conduzidos pela nossa insaciável curiosidade e nossa
tendência em saber mais e mais sobre o mundo, mesmo quando não temos sempre as melhores ferramentas para o trabalho.
A segunda resposta é seria considerar a natureza da Ciência. A ciência trabalha apenas com certezas, com coisas prováveis, certo? 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, político e cientista Inglês (Fig. 1.2a), estabeleceu os métodos de indução em ciência. Ele argumentou que era apenas por meio da acumulação paciente de observações precisas dos fenômenos naturais que uma explicação iria surgir. O cientista espera encontrar padrões comuns entre as observações, e esses padrões comuns levariam a uma explicação, ou lei da natureza. Bacon encontrou na sua própria morte, 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 a dedução, onde uma série de observações aponta para um resultado inevitável. Esta é uma parte da lógica clássica que remonta a Aristóteles (384-322 aC) e outros antigos filósofos gregos. O padrão lógico é o seguinte:
“Todos os homens são mortais. Sócrates é um homem.
Portanto, Sócrates é mortal.”
A dedução é a abordagem principal na matemática e é claramente um trabalho de detetive. Como ele funciona nas ciências naturais?
Karl Popper (1902-1994) explicou que a ciência funciona por meio do método hipotético-dedutivo. Popper (Fig. 1.2b) 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 realizam o chamado teste de hipóteses: eles procuram
refutar (descartar) hipóteses vez de prová-las. Os 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.
A 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 as outras possíveis, simplesmente por causa de alguma corrente política ou crença sociológica. Thomas Kuhn (1922-1996) argumentou que a Ciência alterna entre os chamados tempos de 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, tendem a ficar relutantes em aceitar a nova idéia e lutam contra ela propondo argumentos de refutação. A medida que a idéia sobrevive, os cientistas começam a manifestam apoio a ela, e então todo mundo o faz. Isto acontece desde o truísmo antigo - pessoas quando confrontadas com uma nova idéia, a maioria tende a rejeitá-la à principio, em seguida elas começam a aceitá-la, e então elas dizem que sempre foi assim.
Um bom exemplo de uma mudança de paradigma na Paleontologia foi desencadeado por Luis Alvarez e colaboradores (1980), que apresentaram a hipótese de que a Terra havia sido atingida por um meteorito há 65 milhões ano atrás, e esse impacto causou a extinção dos dinossauros e outros grupos. Demorou 10 anos ou mais para a idéia de se tornar amplamente aceita como evidência sólida.
De maneira contrária, as tentativas atuais de fundamentalistas religiosos para forçar sua visão do "design inteligente" como fato provavelmente falhará porque eles não testam 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 ele viveu, e fósseis associados mostram outros animais e plantas da época com os quais ele interagia. Estes podem ser denominados fatos.
E se um paleontólogo ir mais longe? É possível pensar em uma seqüência de procedimentos que o paleontólogo pode utilizar para ir de ossos no chão e seguir numa caminhada rumo à reconstrução de um organismo do passado. E esta seqüência aproximadamente corresponde a uma seqüência decrescente de certezas, resumida em três passos.
O primeiro passo é reconstruir o esqueleto. A maioria dos paleontólogos aceitaria que esta é uma coisa válida para fazer, e que há poucas suposições na identificação dos ossos e em colocá-los juntos, gerando um cenário bastante 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 tinham. 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 coração, fígado, olhos e língua, raramente são preservados (embora às vezes surpreendentemente tais tecidos são excepcionalmente preservados), mas mais uma vez o seu tamanho e posições são previsíveis de parentes modernos. Mesmo a reconstrução da pele não é inteiramente feita de
Figura 2. Figuras importantes na história da ciência: (a) Sir Francis Bacon (1561-1626), que estabeleceu os métodos de indução na ciência, e (b) Karl Popper (1902-1994), que explicou que cientistas adotam o método hipotético-dedutivo.
conjecturas: alguns espécimes mumificados de dinossauros podem mostrar os padrões de escamas da pele.
O terceiro passo é trabalhar a biologia básica do organismo antigo: os dentes insinuam o que o animal comeu, e a forma da mandíbula mostra como é se alimentam; os ossos dos membros mostram como os dinossauros se moviam; as articulações permitem estimar os movimentos. Com cuidado, é possível para extrapolar para estimativas do padrão de locomoção em grande detalhe: as imagens de andar, correr, e nadar mostrados em documentários como Walking with Dinosaurs (BBC) são geralmente baseadas em cálculos cuidadosos e modelagem, e comparação com animais vivos.
Os movimentos das mandíbulas e os membros têm de obedecer às leis da física (gravidade, a mecânica de alavanca, e assim por diante). Dessa forma, estimativas da paleobiologia e biomecânica são defensáveis e realistas. Num nível menor de segurança, podemos incluir estimativas cores e padrões, os hábitos de acasalamento, os ruídos. No entanto, mesmo estes, por serem suportados por dados de fósseis, não podem ser considerados mera fantasia.
Os paleontólogos, como qualquer pessoa com bom senso, também realizam especulações baseadas em comparações com animais vivos. Por exemplo: Qual era a cor do Diplodocus, um comedor de plantas enorme? Grandes herbívoros modernos, como elefantes e rinocerontes tem espessura, pele, cinza enrugada. Por isso, damos a Diplodocus pele espessa,cinza e enrugada. Não há nenhuma evidência para a cor nos fósseis, mas encontramos algum sentido biológico para as cores propostas.
E os hábitos de vida? Há muitos exemplos de dinossauro ninhos com ovos, portanto, os paleontólogos sabem como muitos ovos foram postos e como eles foram acondicionados para algumas espécies. Alguns já sugeriram que os pais cuidavam dos seus jovens, enquanto outros disseram que isso era um absurdo. Mas os parentes modernos dos dinossauros - aves e crocodilianos - mostram diferentes níveis de cuidado parental. Por exemplo, em 1993, um exemplar do dinossauro Oviraptor foi encontrado na Mongólia sentado sobre um ninho de ovos Oviraptor – pode ser até coincidência, mas parece mais provável que ele realmente era um pai cuidando de seus ovos.
