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Aumento de predadores marinhos remodelou a vida oceânica de forma tão dramática quanto extinções em massa repentinas
Cientistas da Universidade de Umeå e do Museu de História Natural da Flórida usaram bancos de dados paleontológicos para construir um modelo de computador de várias camadas da história da vida marinha nos últimos 500 milhões de anos.
Por Natalie Van Hoose - 08/03/2021


Um estudo seminal de 1981 organizou a história da vida oceânica em três hierarquias, com certos animais reinando nos mares durante cada período. Duas extinções em massa abriram caminho para novos grupos florescer e dominar. Mas um novo estudo fornece evidências de que o surgimento de predadores marinhos foi uma transição igualmente poderosa, resultando em uma quarta hierarquia da vida marinha. Crédito: Jeff Gage / Museu de História Natural da Flórida

As corridas armamentistas evolutivas entre animais marinhos revisaram os ecossistemas oceânicos em escalas semelhantes às extinções em massa desencadeadas por desastres globais, mostra um novo estudo.

Cientistas da Universidade de Umeå na Suécia e do Museu de História Natural da Flórida usaram bancos de dados paleontológicos para construir um modelo de computador de várias camadas da história da vida marinha nos últimos 500 milhões de anos. A análise do registro fóssil foi semelhante a um estudo seminal de 1981 do paleontólogo J. John Sepkoski - com uma diferença fundamental.

O trabalho estatístico inovador de Sepkoski mostrou mudanças abruptas em todo o oceano na biodiversidade cerca de 490 e 250 milhões de anos atrás, correspondendo a dois eventos de extinção em massa. Esses eventos dividiram a vida marinha no que ele chamou de "três grandes faunas evolutivas", cada uma dominada por um conjunto único de animais.

Mas o novo modelo revela um quarto.

A luta feroz pela sobrevivência que ocorreu entre os animais marinhos predadores e suas presas cerca de 250 a 66 milhões de anos atrás pode ter sido uma força igualmente poderosa, remodelando a diversidade do oceano no que vemos hoje. Esta terceira grande transição foi muito mais gradual do que suas predecessoras e impulsionada por organismos, ao invés de processos externos.

"O que aprendemos é que nem todas as grandes mudanças na vida animal estão relacionadas a eventos de extinção em massa", disse o principal autor do estudo, Alexis Rojas, que obteve seu doutorado. na Universidade da Flórida. Rojas é agora um pesquisador de pós-doutorado no Integrated Science Lab, um centro dedicado à pesquisa interdisciplinar na Universidade de Umeå.

Muitos cientistas há muito defendem a opinião de que fatores externos, como atividade vulcânica, impactos de asteróides ou mudanças no clima são os principais responsáveis ​​pelas grandes mudanças na biosfera da Terra, disse o coautor do estudo Michal Kowalewski, conselheiro de doutorado de Rojas e o Museu Thompson da Flórida. Cadeira de Paleontologia de Invertebrados.

"O registro fóssil nos diz que algumas das principais transições na história da vida foram mudanças rápidas desencadeadas por fatores externos abruptos. Mas este estudo mostra que algumas dessas grandes transições foram mais graduais e podem ter sido impulsionadas por interações biológicas entre organismos, " ele disse.

Com início há cerca de 150 milhões de anos, os predadores marinhos, como peixes, caracóis
e crustáceos, rapidamente se diversificaram, dominando o mar. Suas presas se adaptaram
escondendo-se, tornando-se mais móveis ou aumentando suas defesas externas. Esse
fenômeno, conhecido como Revolução Marinha do Mesozóico, produziu a vida oceânica
que vemos hoje e foi provavelmente tão poderoso quanto extinções em massa repentinas
para redefinir o que vivia e onde. Crédito: Jeff Gage /
Museu de História Natural da Flórida

Um dos motivos pelos quais o trabalho de Sepkoski foi tão revolucionário foi que ele adotou uma abordagem matemática para um problema prático: o registro fóssil é muito grande e complexo para uma pessoa ser capaz de discernir os padrões subjacentes da vida olhando apenas para os espécimes.
 
"Quando seus componentes são examinados individualmente ou em pequenos grupos, a complexidade de sua forma, função, interação e história muitas vezes parece opressora e quase infinita", escreveu ele na introdução de seu estudo de 1981.

Organizar esses componentes em uma hierarquia de sistemas, argumentou ele, apresentava uma visão mais completa. A modelagem de Sepkoski dividiu 500 milhões de anos de vida oceânica em três grandes dinastias, cada uma separada por uma extinção em massa que abriu caminho para novos grupos florescer e dominar. Após o reinado dos trilobitas, animais semelhantes a moluscos, conhecidos como braquiópodes e certos corais e amonitas antigos, ganharam destaque. Após a extinção cataclísmica do fim do Permiano, às vezes conhecida como a "Grande Morte", eles foram substituídos por caracóis, mariscos, crustáceos, corais modernos e vários tipos de peixes ósseos.

A hipótese de Sepkoski mudou fundamentalmente a forma como os cientistas pensavam sobre a história da vida, disse Kowalewski. Ele ofereceu uma maneira organizada de compreender a história dos ecossistemas marinhos - o enredo abrangente e as reviravoltas na trama.

Mas à medida que nosso conhecimento do registro fóssil cresce, também cresce o dilema de Sepkoski de como analisar informações tão vastas e complexas, disse Kowalewski.

"Com milhões de espécimes fósseis agora documentados, simplesmente não há maneira viável de nossos cérebros processarem arquivos tão massivos de dados paleontológicos", disse ele. "Felizmente, os métodos analíticos continuam a melhorar, dando-nos melhores maneiras de extrair e examinar as informações ocultas dentro desses dados extremamente complexos."

Rojas aceitou esse desafio usando os avanços mais recentes em modelagem de dados. Especificamente, ele estava interessado em usar ferramentas de rede complexas para criar uma representação melhor do registro fóssil. Ao contrário de outras abordagens em paleobiologia, redes complexas usam uma estrutura vinculada de nós que representam variáveis ​​físicas e abstratas para descobrir padrões subjacentes em um determinado sistema. As abordagens de rede podem ser aplicadas a fenômenos sociais - por exemplo, mostrar os padrões de interação de um usuário do Facebook com amigos na plataforma - mas também podem ser aplicadas a sistemas naturais complexos. Como Sepkoski, Rojas é um paleontólogo de formação clássica que busca uma nova perspectiva sobre o registro fóssil.

“Existem muitos processos acontecendo ao mesmo tempo em múltiplas escalas: em sua vizinhança, em seu país e em todo o planeta. Agora imagine os processos que ocorrem em um dia, um ano ou 500 anos. O que estamos fazendo é tentar entender todas essas coisas ao longo do tempo ", disse ele.

Onde o modelo de Sepkoski mostrou três grupos principais de vida marinha, ou faunas
evolucionárias, este estudo mostra quatro, dividindo o terceiro e mais recente grupo em
dois. Esta última transição provavelmente foi impulsionada pelos próprios organismos,
ao invés de processos externos. Crédito: Alexis Rojas

Uma rede simples pode consistir em uma única camada - todos os registros da vida animal e onde viveram. Mas a rede de Rojas e seus colegas incorpora diferentes intervalos de tempo como camadas individuais, uma característica ausente em pesquisas anteriores sobre macroevolução. O resultado é o que Rojas descreveu como um novo registro fóssil abstrato, um complemento ao registro fóssil físico representado pelos espécimes em coleções de museus.

“É importante porque as perguntas que estamos fazendo, os processos que estamos estudando, ocorrem em diferentes escalas no tempo e no espaço”, disse Rojas. "Retrocedemos alguns passos para que possamos examinar todo o registro fóssil. Fazendo isso, podemos explorar todos os tipos de questões."

Pense nisso como navegar em um Google Earth que representa os oceanos nos últimos 500 milhões de anos. Quando e para onde você iria?

"Nosso mapa interativo da vida marinha mostra grupos menores de animais e suas interações dentro de cada fauna evolutiva", disse Rojas. "Nos níveis mais básicos, este mapa mostra regiões do oceano com animais específicos. Os blocos de construção de nosso estudo são os próprios animais individuais."

Esta rede complexa mostra o que o modelo de Sepkoski não conseguiu capturar: uma transição gradual na vida oceânica coincidente com a Revolução Marinha do Mesozóico, que começou há cerca de 150 milhões de anos durante a Era Mesozóica. A primeira hipótese foi formulada na década de 1970, e essa revolução foi causada pelo rápido aumento de predadores marinhos, como peixes ósseos, crustáceos e caramujos, que dominaram os oceanos desde então. Sua proliferação fez com que as presas se tornassem mais móveis, se escondessem sob o fundo do oceano ou aumentassem suas defesas, engrossando sua armadura, desenvolvendo espinhos ou melhorando sua capacidade de regenerar partes do corpo.

Sepkoski sabia sobre a Revolução Marinha do Mesozóico, mas seu modelo, limitado pelos métodos e dados disponíveis na época, não foi capaz de delinear os ecossistemas oceânicos anteriores e posteriores a essa transição gradual. O estudo de Rojas e seus colegas demonstra que os processos físicos e biológicos desempenham papéis importantes na formação da vida oceânica nos níveis mais elevados.

"Estamos integrando as duas hipóteses - a Revolução Marinha do Mesozóico e as três grandes faunas evolutivas em uma única história", disse Rojas. "Em vez de três fases da vida, o modelo mostra quatro."

 

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