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

Cientistas da Universidade de Umea¥ na Suanãcia e do Museu de Hista³ria Natural da Fla³rida usaram bancos de dados paleontola³gicos para construir um modelo de computador de várias camadas da história da vida marinha nos últimos 500 milhões de anos. A análise do registro fa³ssil foi semelhante a um estudo seminal de 1981 do paleonta³logo J. John Sepkoski - com uma diferença fundamental.

O trabalho estata­stico inovador de Sepkoski mostroumudanças 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 aºnico de animais.

Mas o novo modelo revela um quarto.

A luta feroz pela sobrevivaªncia 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 invanãs de processos externos.

"O que aprendemos éque nem todas as grandesmudanças na vida animal estãorelacionadas a eventos de extinção em massa", disse o principal autor do estudo, Alexis Rojas, que obteve seu doutorado. na Universidade da Fla³rida. Rojas éagora um pesquisador de pa³s-doutorado no Integrated Science Lab, um centro dedicado a  pesquisa interdisciplinar na Universidade de Umea¥.

Muitos cientistas hámuito defendem a opinia£o de que fatores externos, como atividade vulcânica , impactos de astera³ides oumudanças no clima são os principais responsa¡veis ​​pelas grandesmudanças na biosfera da Terra, disse o coautor do estudo Michal Kowalewski, conselheiro de doutorado de Rojas e o Museu Thompson da Fla³rida. Cadeira de Paleontologia de Invertebrados.

"O registro fa³ssil nos diz que algumas das principais transições na história da vida forammudanças 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.

Um dos motivos pelos quais o trabalho de Sepkoski foi tão revoluciona¡rio foi que ele adotou uma abordagem matemática para um problema prático: o registro fa³ssil émuito grande e complexo para uma pessoa ser capaz de discernir os padraµes subjacentes da vida olhando apenas para os espanãcimes.

 

"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 ocea¢nica em três grandes dinastias, cada uma separada por uma extinção em massa que abriu caminho para novos grupos florescer e dominar. Apa³s o reinado dos trilobitas, animais semelhantes a moluscos, conhecidos como braquia³podes e certos corais e amonitas antigos, ganharam destaque. Apa³s a extinção catacla­smica do fim do Permiano, a s vezes conhecida como a "Grande Morte", eles foram substitua­dos por caraca³is, mariscos, crusta¡ceos, corais modernos e vários tipos de peixes ósseos.

A hipa³tese 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 a  medida que nosso conhecimento do registro fa³ssil cresce, também cresce o dilema de Sepkoski de como analisar informações tão vastas e complexas, disse Kowalewski.

"Com milhões de espanãcimes fa³sseis agora documentados, simplesmente não hámaneira via¡vel de nossos cérebros processarem arquivos tão massivos de dados paleontola³gicos", disse ele. "Felizmente, os manãtodos anala­ticos 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 fa³ssil. Ao contra¡rio de outras abordagens em paleobiologia, redes complexas usam uma estrutura vinculada de nosque representam varia¡veis ​​fa­sicas e abstratas para descobrir padraµes subjacentes em um determinado sistema. As abordagens de rede podem ser aplicadas a fena´menos sociais - por exemplo, mostrar os padraµes de interação de um usua¡rio do Facebook com amigos na plataforma - mas também podem ser aplicadas a sistemas naturais complexos. Como Sepkoski, Rojas éum paleonta³logo de formação cla¡ssica que busca uma nova perspectiva sobre o registro fa³ssil.

“Existem muitos processos acontecendo ao mesmo tempo em maºltiplas escalas: em sua vizinhana§a, em seupaís e em todo o planeta. Agora imagine os processos que ocorrem em um dia, um ano ou 500 anos. O que estamos fazendo étentar entender todas essas coisas ao longo do tempo ", disse ele.

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 éo que Rojas descreveu como um novo registro fa³ssil abstrato, um complemento ao registro fa³ssil fa­sico representado pelos espanãcimes em coleções de museus.

“a‰ 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 fa³ssil. 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 vocêiria?

"Nosso mapa interativo da vida marinha mostra grupos menores de animais e suas interações dentro de cada fauna evolutiva", disse Rojas. "Nos na­veis mais ba¡sicos, este mapa mostra regiaµes do oceano com animais específicos. Os blocos de construção de nosso estudo são os pra³prios animais individuais."

Esta rede complexa mostra o que o modelo de Sepkoski não conseguiu capturar: uma transição gradual na vida ocea¢nica coincidente com a Revolução Marinha do Mesoza³ico, que começou hácerca de 150 milhões de anos durante a Era Mesoza³ica. A primeira hipa³tese foi formulada na década de 1970, e essa revolução foi causada pelo rápido aumento de predadores marinhos, como peixes ósseos, crusta¡ceos e caramujos, que dominaram os oceanos desde então. Sua proliferação fez com que as presas se tornassem mais ma³veis, 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 Mesoza³ico, mas seu modelo, limitado pelos manãtodos e dados disponí­veis na anãpoca, 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 fa­sicos e biola³gicos desempenham papanãis importantes na formação da vida ocea¢nica nos na­veis mais elevados.

"Estamos integrando as duas hipa³teses - a Revolução Marinha do Mesoza³ico e as três grandes faunas evolutivas em uma única história", disse Rojas. "Em vez de três fases da vida, o modelo mostra quatro."