Fósseis espetaculares de peixes revelam período crítico da evolução

Antes de os animais rastejarem para fora do mar e se espalharem por terra, o aparecimento das mandíbulas marcou um período significativo no desenvolvimento de quase todos os vertebrados vivos, incluindo os humanos.

Um cientista segura num dos fósseis encontrados em Chongqing. A maioria dos fósseis de peixes selados em síltito ainda preserva a sua postura em vida com as costas no topo e o abdómen na parte inferior. Alguns corpos de peixes estão retorcidos como se ainda estivessem a lutar pela sobrevivência.

Fotografia por LI HAO
Por Michael Greshko
Publicado 3/10/2022, 12:03

Ao longo de centenas de milhões de anos, os acasos e a luta pela sobrevivência esculpiram uma coleção extraordinária de vida vertebrada que prospera na terra, no ar e na água. Os vertebrados são animais com coluna vertebral, incluindo os humanos, e são sem dúvida o maior passo na história evolutiva – ainda mais significativos do que os primeiros passos dos nossos antepassados aquáticos distantes em terra – e há algo que podemos dar como um dado adquirido: a evolução da mandíbula.

Desde vocalizar a morder alimentos, a mandíbula, ou maxilar inferior, é essencial para a sobrevivência de 99,8% dos vertebrados vivos. Só alguns animais preciosos com espinhos, como as lampreias e peixes-bruxa, chegaram aos tempos modernos sem estas estruturas articuladas na boca.

As primeiras páginas da história de como os vertebrados com mandíbulas se espalharam por todos os cantos do planeta – uma saga que abrange cerca de 450 milhões de anos – estavam desaparecidas há muito tempo. Agora, rochas no oeste da China produziram fósseis espetaculares que nos mostram alguns dos primeiros personagens desta história – peixes com mandíbulas que são os esqueletos mais antigos da sua espécie alguma vez encontrados. Em quatro artigos publicados na revista Nature, uma equipa de paleontólogos chineses e colaboradores internacionais descreve locais que preservam fósseis surpreendentemente completos dos primeiros vertebrados com mandíbulas de que há conhecimento, incluindo ossos e dentes de peixes que se estima terem vivido entre há 439 milhões e 436 milhões de anos, dezenas de milhões de anos antes de os animais se moverem para terra.

Muitos dos fósseis que têm batido recordes vêm do condado de Xiushan, no município chinês de Chongqing. A estrada até à aldeia de Chuanhegai atravessa as formações rochosas da Silúria como se fosse uma faca a cortar camadas de bolo. As encostas laterais abertas pela construção de estradas expuseram rochas frescas que são propícias à caça de fósseis.

Fotografia por NIE LEI, CHONGQING INSTITUTE OF GEOLOGY AND MINERAL RESOURCES

Os fósseis descritos nos novos estudos estão notavelmente completos. Os restos mortais encontrados no município de Chongqing, na China, incluem um novo parente próximo dos tubarões, bem como um novo tipo de peixe blindado primitivo. Para além disso, os fósseis encontrados mais a sul, na província de Guizhou, incluem as espinhas de um antigo parente de tubarão e os dentes mais antigos de que há conhecimento de um vertebrado com mandíbula – com pequenos arcos semicirculares de dentes pontiagudos de apenas alguns milímetros de diâmetro.

No total, este material “mostra-nos pela primeira vez um pedaço da nossa própria história evolutiva”, diz Per Ahlberg, paleontólogo da Universidade de Uppsala, na Suécia, coautor de um dos quatro estudos. “Sabíamos que isto existia, sabíamos que era realmente importante, mas basicamente não tínhamos qualquer evidência direta – e depois, de repente, aqui está.”

Os nossos antepassados elusivos

Estes novos espécimes ajudam a preencher uma lacuna entre as evidências genéticas e o registo fóssil. O ADN dos vertebrados vivos sugere fortemente que os primeiros ramos da árvore genealógica dos vertebrados começaram a surgir há cerca de 450 milhões de anos. A mais antiga destas linhagens produziu os vertebrados sem mandíbula outrora dominantes que viviam nos oceanos da antiguidade. Um ramo posterior produziu os vertebrados com mandíbulas, que eventualmente se diversificaram em peixes ósseos – um subconjunto dos quais deixou os oceanos e eventualmente evoluiu para os anfíbios, répteis, pássaros e mamíferos, incluindo os humanos – e os peixes cartilaginosos que incluem os tubarões e raias da atualidade.

Porém, até estas novas descobertas, os esqueletos completos dos primeiros vertebrados com mandíbulas não tinham sido encontrados em rochas com mais de 425 milhões de anos. Nos últimos anos, os paleontólogos encontraram escamas e outros pedaços que sugerem a presença de peixes com mandíbula durante o período Siluriano, que durou entre há 443.8 milhões a 419.2 milhões de anos. Sem esqueletos completos para servir de referência, os investigadores não conseguiam inferir muito sobre a vida e a anatomia destes primeiros vertebrados com mandíbulas.

“Devido às lacunas nos registos fósseis, os peixes com mandíbula foram sempre uma espécie de ‘espíritos’ errantes nas primeiras dezenas de milhões de anos após o seu nascimento”, disse à edição chinesa da National Geographic You-an Zhu, o autor principal dos estudos e paleontólogo do Instituto de Paleontologia e Paleoantropologia de Vertebrados da China (IPPV).

Fósseis antigos à beira da estrada

Muitas das novas descobertas surgiram depois de paleontólogos chineses terem feito buscas ao longo de uma estrada pitoresca recentemente cortada nas montanhas íngremes de Chongqing, que leva até à vila de Chuanhegai. Uma equipa organizada em 2019 pelos paleontólogos Min Zhu e Qiang Li examinou as rochas expostas – onde 45 curvas apertadas foram cortadas na paisagem – para procurar fósseis antigos. Numa das curvas onde a estrada atravessa as rochas, a equipa avistou uma pedra com um pequeno fóssil de peixe, parte de uma pedra que tinha caído de uma camada de rocha – o primeiro fóssil conhecido de Bianchengichthys, um dos primeiros peixes blindados, que foi revelado em 2021.

A descoberta deste fóssil provou que as rochas na região podiam preservar restos surpreendentes de peixes antigos. Depois, em 2020, os paleontólogos começaram a procurar nas camadas ainda mais antigas de rocha nas proximidades – e começaram a encontrar uma fauna fóssil notavelmente diversificada.

O peixe blindado primitivo Xiushanosteus mirabilis, escavado em Chongqing, tinha apenas cerca de 3 centímetros de comprimento.

Fotografia por Rendering COURTESY PALEOVISLAB, IVPP

Esta renderização digital de um dos blocos fósseis encontrados em Chongqing, gerada a partir de várias imagens 2D da pedra, mostra como a rocha está repleta de fósseis. Embora estes peixes estejam preservados intactos, geralmente são muito pequenos, não têm mais do que 4 centímetros de comprimento.

Esquerda: Superior:

Com base nos dentes em espiral do Qianodus duplicis, os investigadores acreditam que os dentes provavelmente estavam perto da zona frontal da mandíbula deste peixe cartilaginoso que era semelhante a um tubarão.

Direita: Inferior:

O Fanjingshania renovata, com pouco mais de um centímetro de comprimento, é um peixe cartilaginoso e espinhoso encontrado na província de Guizhou que perdeu as suas escamas ao reabsorver tecidos duros, uma característica normalmente vista nos peixes ósseos.

A primeira criatura encontrada foi o Tujiaaspis vividus, um membro de um grupo de peixes antigos sem mandíbula conhecidos por Galeaspida, que recebeu o nome da população étnica Tujia da China. Para os observadores modernos, este peixe parece um pouco alienígena, com uma cabeça óssea em forma de bumerangue, três barbatanas dorsais e duas barbatanas longas e curtas ao longo de cada lateral da barriga. Estas barbatanas primitivas mostram as estruturas que precederam as barbatanas pélvicas e peitorais dos peixes – que mais tarde deram origem aos nossos próprios membros.

Depois, seguiu-se o parente de tubarão Shenacanthus vermiformis, que recebeu o nome do célebre autor chinês Congwen Shen, cujo romance de 1934, Border Town, tem lugar perto do sítio fóssil. Os investigadores descobriram depois o peixe blindado Xiushanosteus mirabilis – cujo nome reflete a descoberta “milagrosa” de esqueletos completos com a sua idade. Estes peixes tinham apenas uns centímetros de comprimento, desde a cabeça à cauda, porém, preservam detalhes anatómicos muito ricos.

Embora os dois peixes representem ramos diferentes da árvore genealógica dos vertebrados com mandíbula, de certa forma ainda são semelhantes, algo que seria de esperar entre animais tão próximos da origem de todos os vertebrados com mandíbula. “A combinação de características nas duas novas espécies de peixes com mandíbula de Chongqing… obscurece a distinção entre as diferentes linhagens destes grupos”, diz por email Carole Burrow, paleontóloga do Museu de Queensland, na Austrália, que não esteve envolvida nos estudos.

Esta equipa de cientistas e modeladores criou reconstruções das criaturas antigas. Graças ao seu trabalho, peixes que morreram há centenas de milhões de anos reaparecem perante nós como se estivessem vivos.

Fotografia por LI HAO

Os outros restos mortais encontrados nos mesmos sítios fósseis provavelmente representam ainda mais espécies recém-descobertas que os cientistas ainda estão a tentar descrever. “Dado que as novas espécies descritas são apenas duas das dez ou mais espécies de peixes com mandíbula encontradas, sem dúvida que se avizinham tempos interessantes no campo dos primeiros vertebrados”, diz Carole Burrow.

Dentes minúsculos em espiral

Por muito importantes que o Xiushanosteus e o Shencanthus sejam para compreender as origens dos vertebrados com mandíbulas, não são os fósseis mais antigos agora revelados. Liderados por Min Zhu, muitos dos paleontólogos chineses que trabalharam em Chongqing estenderam o seu trabalho mais para sul, para a vila de Leijiatun, na província chinesa de Guizhou, que tem rochas ainda mais antigas –  datadas de há cerca de 439 milhões de anos. A equipa escavou perto de 4.000 quilos de rocha em Guizhou e transportou o material para um laboratório na cidade de Quijing, onde dissolveu a rocha cuidadosamente com ácido fraco e depois peneirou o material restante, que era semelhante a areia.

Cinco paleontólogos passaram um ano e meio a perscrutar o material, escreve You-an Zhu na edição chinesa da National Geographic, e encontraram escamas, espinhas duras que sustentavam as barbatanas dos peixes e outros restos de um peixe cartilaginoso – um peixe com uma coluna vertebral de cartilagem em vez de osso, como os tubarões da atualidade. Estes restos mortais sugerem que a criatura perdeu as escamas como os peixes ósseos em vez de como acontece com os peixes cartilaginosos, o que mostra que, mesmo há 439 milhões de anos, os primeiros vertebrados com mandíbulas já se estavam a diversificar. Os investigadores nomearam a criatura Fanjingshania renovata, uma referência às suas capacidades  invulgares de descamação e ao Monte Fanjingshan, que fica a nordeste do sítio fóssil.

Rodeado de microscópios, um cientista sopra cuidadosamente a poeira e outros detritos de um dos fósseis de peixe. Por mais pequenos que estes restos mortais possam ser, a equipa chinesa que estuda os fósseis recolheu uma enorme quantidade de informações através de análises estatísticas, microscópios de alta potência, scans de precisão de raios-x e modelagem 3D.

Fotografia por LI HAO

A equipa também encontrou 23 estruturas em espiral – cada uma com apenas alguns milímetros de diâmetro – chamadas espirais de dentes. Estes fósseis revelam vertebrados com mandíbulas. As estruturas em espiral formaram-se à medida que novos dentes cresciam continuamente ao lado dos dentes mais velhos, e as espirais são assimétricas, o que implica fortemente que cada uma se formou ao longo da mandíbula esquerda ou direita da criatura. Com base nas características dos verticilos, o portador mais provável destes dentes era um novo tipo de peixe cartilaginoso, ao qual o estudo chama Qianodus duplicis.

Estes dentes eram tão raros nas rochas que “as probabilidades de os encontrarmos eram mínimas” sem uma operação de dimensões industriais, diz Ivan Sansom, paleontólogo da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, e coautor de dois dos estudos. “De certa forma, é sorte, mas também precisamos de ser persistentes a procurar – e isso foi certamente uma coisa que o grupo [de Min Zhu] fez.”

Em Pequim, no campus do Instituto de Paleontologia e Paleoantropologia de Vertebrados da Academia Chinesa de Ciências, um enorme armazém preserva muitos dos fósseis não preparados escavados por toda a China. Apesar de desgastadas pelo tempo, estas rochas guardam as chaves para desvendar muitos dos mistérios da vida antiga.

Fotografia por LI HAO

O mundo antigo dos primeiros peixes com mandíbulas

Apesar de todos os detalhes revelados pelos novos estudos, há mistérios por resolver – como por exemplo determinar como é que estes fósseis se formaram. Ivan Sansom diz que o sítio de Chongqing provavelmente se assemelha a outros locais de peixes do período Ordoviciano e Siluriano – provavelmente era uma zona de maré bastante próxima da costa. Resumindo, como é que este corpo de água raso se tornou de repente num cenário de massacre de peixes? Os sedimentos levados pelos rios ou pelo mar, ou até mesmo a agitação de um sismo, podem ter subitamente enterrado os peixes de uma só vez.

Os investigadores já têm planos para estudar mais aprofundadamente os novos tesouros fósseis encontrados na China. Per Ahlberg, o coautor sueco, diz que a equipa fez scans de raios-x de vários dos fósseis em alta resolução e está a trabalhar na análise das imagens. Decifrar todos os segredos dos fósseis vai demorar anos e, para os investigadores, a jornada para compreender de onde é que nós viemos – os humanos e os nossos parentes mandibulados – está apenas a começar.

“Assim como os arqueólogos que estudam as inscrições de ruínas desgastadas pelo vento e pela areia durante milhares de anos tentam restaurar a história de civilizações antigas”, escreve You-an Zhu na edição chinesa da National Geographic, “também nós estamos a trabalhar arduamente para decifrar as [escrituras sem palavras] em fósseis com milhares de milhões de anos, para autenticar completamente a verdadeira imagem da evolução da vida.”



Este artigo usa materiais de uma peça publicada originalmente na edição chinesa da revista National Geographic.

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