Embora os cientistas saibam há muito tempo que a biodiversidade aumentou ao longo do tempo geológico, este é o primeiro estudo a calcular tendências de longo prazo na abundância total de vida. As descobertas reforçam as evidências de que a conservação da biodiversidade é fundamental para a saúde das pessoas e do planeta.

Em um estudo inédito, pesquisadores de Stanford mediram como a abundância de vida oceânica mudou ao longo do último meio bilhão de anos da história da Terra.

No geral, a massa total de organismos marinhos aumentou nos últimos 500 milhões de anos, mostrou o estudo, embora com retrocessos após grandes eventos de extinção. As descobertas se alinham com evidências de um aumento semelhante na biodiversidade marinha – a variedade total de organismos – na última metade do século, a partir de estudos que datam do século XIX, sugerindo uma conexão evolutiva entre biomassa e biodiversidade. A pesquisa foi publicada em 25 de junho na Current Biology .

“Compreender a quantidade de biomassa é importante porque ela representa características-chave de um ecossistema que não são capturadas pelo número de espécies ou mesmo pelo número de nichos que elas preenchem”, disse o autor principal do estudo, Pulkit Singh , pós-doutorando em Ciências da Terra e Planetárias na Escola de Sustentabilidade Stanford Doerr . “Mas, à medida que avançamos no tempo, nossas medições de biomassa são muito limitadas, então essa era a grande lacuna na história biológica que queríamos preencher com nosso estudo.”

Os resultados provêm de uma compilação e revisão aprofundadas de dados de milhares de amostras de rochas contendo restos de esqueletos, que no ambiente oceânico compreendem principalmente conchas de animais, certos tipos de algas e organismos unicelulares chamados protistas. Fósseis com restos de esqueletos registraram a quantidade de biomassa – o material que compõe e produz os seres vivos – que foi preservada ao longo de diferentes intervalos geológicos. A biomassa revela a produtividade de um ecossistema, indicando a quantidade de energia (alimento) presente e a quantidade de organismos que um sistema pode suportar. A produtividade, por sua vez, reflete a saúde do ecossistema e, de forma mais ampla, a saúde planetária.

Pesquisadores há muito evitam tentar medir a biomassa, dado o imenso esforço necessário para coletar dados relevantes e a possibilidade de que os dados não sejam suficientes para revelar padrões significativos. Singh aceitou o desafio, dedicando vários anos à compilação de dados publicados ao longo de décadas, além de adicionar novos dados de suas próprias amostras.

“O primeiro esforço quantitativo para documentar e representar graficamente a biodiversidade ao longo do tempo geológico foi feito em 1860, mas até o artigo de Pulkit, nunca havia um artigo correspondente sobre biomassa ao longo do tempo”, disse o autor sênior do estudo, Jonathan Payne , Professor Dorrell William Kirby de Ciências da Terra e Planetárias em Stanford. “Estou impressionado com sua coragem intelectual em se arriscar em um projeto como este.”

Para o estudo, Singh e colegas consideraram mais de 7.700 amostras de calcário marinho de todo o mundo, abrangendo os últimos 540 milhões de anos, documentadas em mais de 100 estudos científicos. A equipe de pesquisa baseou-se em dados coletados por meio de um método padrão conhecido como contagem de pontos petrográficos para avaliar a porcentagem de cada amostra que continha restos de esqueletos. A técnica, que consome muito tempo, envolve o corte e o polimento de rochas em camadas muito finas para que a luz possa atravessá-las e, em seguida, o exame das finas seções das amostras de rocha ao microscópio para quantificar sua composição.

Durante o Cambriano, o período mais antigo amostrado, que começou há cerca de 540 milhões de anos, os pesquisadores descobriram que menos de 10% das rochas, em média, eram compostas por conchas. À medida que o Cambriano deu lugar ao Período Ordoviciano, há cerca de 485 milhões de anos, essa porcentagem aumentou, refletindo em parte a "Explosão Cambriana", quando a vida na Terra expandiu drasticamente em diversidade e complexidade. As esponjas calcificantes foram inicialmente contribuintes notáveis ??para a biomassa, mas posteriormente foram superadas por equinodermos recém-evoluídos – incluindo ancestrais das estrelas-do-mar modernas – e artrópodes marinhos, incluindo trilobitas extintos e ancestrais dos caranguejos.

Ao longo de grande parte dos 230 milhões de anos seguintes, o teor de conchas ultrapassou os 20%, com uma redução significativa durante um dos "Cinco Grandes" eventos de extinção em massa no Devoniano Superior, há cerca de 375 a 360 milhões de anos. A maior queda na história da vida ocorreu há cerca de 250 milhões de anos, durante a "Grande Morte", a extinção do Permiano-Triássico, quando a porcentagem de conchas despencou para cerca de 3%.

A vida se recuperou e, com exceção de extinções em massa significativas subsequentes – a extinção do final do Triássico há cerca de 200 milhões de anos e a do Cretáceo-Paleogeno há cerca de 66 milhões de anos, que exterminou de forma infame os dinossauros não aviários – a biomassa cresceu exponencialmente em nossa era geológica atual, a Cenozoica, com conchas excedendo 40% do volume de rochas, graças em parte às contribuições substanciais de moluscos e corais. "O padrão geral que conseguimos captar é um aumento gradual", disse Singh.

Um dos maiores desafios na condução do estudo envolveu dizer se o aumento do conteúdo de conchas nas rochas realmente sinalizava um aumento na bioabundância ao longo do tempo ou se outros fatores ecológicos, como uma diminuição de predadores que perfuram e destroem conchas, ou vieses metodológicos na amostra estavam por trás do padrão.

Para verificar os resultados, os pesquisadores realizaram uma série de testes rigorosos. Eles classificaram as amostras por ambiente deposicional, em águas rasas ou profundas, considerando como os restos de conchas se acumulam com mais frequência em águas rasas mais povoadas. Os pesquisadores também classificaram as amostras por diferentes latitudes, locais e formatos dos antecessores dos continentes atuais. Durante todo esse processo, o sinal permaneceu fortemente consistente em diferentes profundidades de água, latitudes e cenários geológicos.

“Quanto mais testes fazíamos e mais dividíamos nosso conjunto de dados, percebemos que esses grandes padrões biológicos que estávamos observando permaneciam ao longo do tempo”, disse Singh.

Quanto ao motivo pelo qual a vida marinha aumentou em geral, as evidências apontam para tendências paralelas de maior diversidade. Com os organismos marinhos se tornando mais especializados e variáveis em suas especializações, mais energia pode ser extraída dos nutrientes e recursos alimentares disponíveis. Essa reciclagem aprimorada de nutrientes começa com os autótrofos, como o fitoplâncton, que se "alimentam" fotossinteticamente da luz solar, e termina com os decompositores devolvendo ao ambiente os nutrientes absorvidos pelos autótrofos.

“A ideia geral é que há mais alimentos disponíveis nos ecossistemas e, por causa disso, os ecossistemas podem sustentar mais vida, há mais energia disponível e isso leva a uma maior abundância expressa em biomassa”, disse Singh.

A persistência ou não da plenitude observada nas últimas centenas de milhões de anos pode ser questionável, considerando os impactos das atividades humanas. Embora o homem tenha causado o escoamento de fertilizantes, a pesca predatória, a acidificação dos oceanos e muito mais durante um mero lapso de tempo geológico, os cientistas têm documentado amplamente uma sexta extinção em massa em andamento, causada pelo homem. O acúmulo de perdas na biodiversidade pode potencialmente reduzir a biomassa e vice-versa – um sinal que talvez possa ser capturado no registro fóssil que está sendo construído atualmente.

“Da perspectiva do nosso estudo, os tempos modernos são bastante complicados, dada a extensão da atividade humana que está alterando rapidamente as condições em todo o planeta, incluindo os oceanos”, disse Payne, que também é pesquisador sênior do Instituto Stanford Woods para o Meio Ambiente . “Mas nossas descobertas mostram que a biomassa geral está ligada à biodiversidade e que perdas de biodiversidade podem suprimir a produtividade por intervalos geologicamente significativos, acrescentando mais um argumento de por que a conservação da biodiversidade é essencial para a saúde dos humanos e do nosso planeta.”