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Biomineralização: e eu com isso???

Frésia S. Ricardi-Branco, Sem categoria, , , , , ,

Quando pensamos em minerais, cristais, etc. raramente relacionamos esse tipo de processo com a vida e com o nosso próprio corpo. Mas basta um rápido sorriso no espelho para ver nos nossos dentes as evidências do processo de biomineralização que realizamos. Aliás sem biomineralização não conseguiríamos viver no planeta que habitamos, e precisamente essa capacidade dos organismos de biomineralizar pode ser exclusiva do nosso planeta, fazendo com que ele seja diferente de todos os outros conhecidos no sistema solar e fora dele.

Mas a final, o que é a biomineralização? Pode ser definida como um processo mediante o qual os organismos formam minerais a partir da retirada seletiva de elementos do meio que os rodeia e incorporação na sua estrutura funcional. Esse processo, por exemplo, incorpora cristais de hidroxiapatita [(Ca10(PO4)6(OH)2)] para construir e reparar nossos ossos e dentes. A hidroxiapatita é um mineral do grupo dos fosfatos, pois utiliza o fosforo como cátion para formar os cristais que vão sendo alocados entre as fibras de colágeno e dando forma e resistência aos nossos ossos. Os cristais de hidroxiapatita possuem forma de placas e são muito pequenos. Quando esse processo para ou é realizado de forma incompleta terá como consequência a osteoporose.

Os organismos utilizam vários íons no processo de biomineralização, entre os quais o mais comum é o cálcio (Ca), podendo ser encontrado em aproximadamente 50% dos biominerais. Outros íons bastante comuns são o Silício (Si), o Fosforo (P), o Ferro (Fe) e o Enxofre (S) embora a lista seja bem mais extensa.

O processo de biomineralização não é exclusividade dos eucariontes, pois entre os registros mais antigos de biominerais se encontram os associados a bactérias que biomineralizavam Fe, por exemplo, em magnetita formando cristais denominados de magnetosomos há 3.000 milhões de anos. Essas bactérias que geram magnetita recebem o nome de magnetotáticas. Os vegetais também biomineralizam utilizando como íon principal o Si, pelo menos nos últimos 400 milhões de anos, ou seja, desde que temos registros de plantas sobre os continentes. Quem já não se cortou com a folha de capim? Essas folhas possuem diminutos corpos de sílica hidratada, ou opala, denominados como fitólitos que cumprem funções de defesa e sustentação da planta. Por sinal, cada planta biomineraliza fitólitos com formas diferentes que podem ser estudados e utilizados em estudos de reconstrução de antigas florestas.

Alguns exemplos fitolitos e de folhas capim (Poaceae) rico em fitolitos.

Há uma enorme diversidade de organismos que biomineralizam cristais utilizando o Ca na forma de calcita ou aragonita nos mares e oceanos. Um grupo que utiliza cálcio e que produz belíssimas carapaças formadas por cristais de calcita são os cocolitoforídeos. Sob essa denominação sofisticada de cocolitoforídeos são reunidos os organismos autotróficos marinhos mais abundantes do fitoplâncton, ou seja, que vivem flutuando nas camadas mas superficiais dos mares até uns 20m de profundidade. Os cocolitoforídeos são tão abundantes que, junto aos foraminíferos, são responsáveis por criar e manter o gradiente vertical da alcalinidade na água do mar, e tudo por devido à biomineralização.

Cocolitoforídeo com suas pelas placas que representam um cristal de calcita. As placas ao morrer o organismo caem isoladas no fundo dos mares e formam espessos depósitos de carbonatos, os chalk. Depósitos formados dessa forma são os white cliff da costa da Inglaterra. (sopasdepedra,ebah.com.br, wonderfulseaworld)

Os biominerais são caracterizados por apresentar uma fórmula química definida, embora a sua morfologia externa possa ser incomum se comparada com os minerais produzidos inorganicamente, mas nessa característica reside parte da sua complexidade e diversidade. Muitos são, na realidade, compostos ou aglomerações de cristais separados por matéria orgânica como no caso dos nossos ossos. Os biominerais podem existir como pequenos corpos dentro de uma rede de colágeno ou quitina (como no caso da carapaça dos caranguejos).

Como acontece a biomineralização? Para que ocorra a nucleação (formação dos primeiros núcleos cristalinos) e o posterior crescimento, a biomineralização precisa de uma zona de deposição saturada, geralmente isolada do ambiente em volta e delimitada por uma geometria física, como vesículas intracelulares, onde o meio ao redor é precisamente controlado. Há dois processos básicos responsáveis: um biologicamente induzido e outro biologicamente controlado. No primeiro caso, os organismos não têm controle do tipo e da forma dos minerais depositados, embora controlem o pH, pCO2 e a composição das secreções, como acontece nos microbialitos comentados no post “Microbialitos – fósseis mais persistentes” da Flavia.

No processo biologicamente controlado, os organismos utilizam as atividades celulares para controlar diretamente a nucleação, o crescimento, a morfologia e a localização final do mineral que está sendo depositado. Assim, a maior parte do processo ocorre num ambiente isolado. O resultado é muito sofisticado e com uma função biológica especializada dada pelo organismo, como no caso dos nossos ossos e dentes. Pense nisso na próxima vez que escovar os dentes.

Dinossauros e Dogmas

Paleontologia, Rafael Faria, ,

Nenhuma linhagem é tão icônica para a Paleontologia quanto a linhagem dos dinossauros. Muitas crianças despertam seu interesse pela ciência desde cedo quando começam a ler sobre estes gigantes (nem todos) da Era Mesozóica. Neste mês, senti um misto de nostalgia e de felicidade ao me deparar com relançamento do famoso álbum do extinto chocolate Surpresa. Em minha infância, colecionando os cards que continham informações dos animais no verso, pude retornar ao tempo pela primeira vez.  Nem todos os cards retratavam dinossauros, havia um pterossauro, um lepidossauro, um ictiossauro e até mesmo um sinapsídeo. É comum que o conhecimento popular e a própria divulgação científica nomeiem erroneamente de dinossauros todas estas linhagens distintas. Cabe aos professores de Paleontologia colocar “cada dinossauro no seu galho”.  E cabe aos mesmos ensinar sobre uma das mais conhecidas divisões dentro de uma linhagem de organismos. Tradicionalmente, os dinossauros são divididos em dois grupos: os ornitísquios (Ornithischia), que apresentam os ossos pélvicos como na maioria dos répteis, e os saurísquios (Saurischia), que apresentam os ossos da pelve como nas aves, sendo estes últimos divididos em saurísquios saurópodes (Saurischia Sauropodomorpha), herbívoros, e saurísquios terópodes (Saurischia Theropoda), carnívoros.

Exemplos de dinossauros da linhagem Ornithischia (cards do chocolate Surpresa).
Exemplos de dinossauros da linhagem Saurischia (cards do chocolate Surpresa).

No entanto, há poucos dias, três pesquisadores da Universidade de Cambridge e do Museu de História Natural de Londres propuseram, em um artigo da revista Nature, uma nova hipótese que fez tremer a árvore filogenética dos dinossauros. Como contam em seu artigo, desde 1887 já são reconhecidas as linhagens Ornisthischia e Saurischia. Desde antes de que a própria linhagem Dinossauria fosse proposta, o que aconteceu em 1974, com a junção daquelas duas linhagens. Como se vê, por mais de um século, os paleontólogos consideram os ornitísquios e os saurísquios como representantes de linhagens distintas. Este se tornou um dogma da Paleontologia. Na opinião dos autores do artigo, muitas análises filogenéticas foram feitas ao longo dos anos sem dar a devida atenção a possibilidade de que a clássica divisão da linhagem Dinossauria pudesse estar equivocada. Através de um levantamento muito completo de inúmeros caracteres de dinossauros basais (tanto de saurísquios quanto de ornitísquios) e de representantes dos Dinosaurophorma (grupo irmão dos dinossauros, composto por répteis que quase são dinossauros), os autores propõe uma hipótese nova para as relações de parentesco dentro da linhagem Dinossauria. É a derrocada de um dogma centenário!

Pela nova hipótese, os dinossauros saurísquios terópodes são mais próximos dos ornitísquios e estes formam juntos uma linhagem distinta da linhagem dos saurísquios saurópodes. Dinossauros como Tyranosaurus, Velociraptor e Compsognathus (saurísquios terópodes) são agora mais próximos de dinossauros como  Triceratops, Parasaurolophus, Stegosaurus e Pachycephalosaurus. E este novo grupo, batizado de Ornithoscelida é distinto do grupo formado por dinossauros como Brachiosaurus e Apatosaurus. Se esta nova hipótese se consolidar, os livros de paleontologia terão de ser reescritos. Talvez surjam questionamentos à nova hipótese, talvez ela não seja robusta o suficiente para permanecer, talvez sim. Talvez e bem provavelmente surjam ajustes a ela, se permanecer. A própria teoria da seleção natural passou por um momento em que era uma hipótese e teve de ser testada até se tornar aceita em ampla escala pela comunidade científica.

Nova proposta de classificação dos dinossauros que considera os os Saurischia Theropoda mais próximos dos Ornithischia do que dos Saurischia Sauropodomorpha (Universidade de Cambridge).
Exemplos de dinossauros do novo grupo proposto, a linhagem Ornithoscelida (cards do chocolate Surpresa).

De qualquer forma, essa é a beleza da ciência! A ciência constantemente derruba seus dogmas. Não há verdade absoluta na ciência. Não há uma única explicação. A ciência é uma forma de compreender o Universo na qual nem este está ileso de questionamento. Afinal, podemos viver em um multiverso. Depois de mais de cem anos de difusão de uma proposta sobre as relações dos dinossauros, podemos presenciar um marco onde uma nova hipótese, mais robusta, possa estar se consolidando. A cada novo fóssil, a cada novo artigo, a cada novo conhecimento acumulado a ciência nos aproxima destes antigos ícones. Por hora, podemos reorganizar nossos cards.

Para saber mais, leia o artigo original de Baron, Norman e Barrett (2017), clicando no link abaixo:

http://Matthew G. Baron, David B. Norman, Paul M. Barrett. A new hypothesis of dinosaur relationships and early dinosaur evolution. Nature, 2017; 543 (7646): 501

Errata: Houve um engano ao escrever, como apontado pelo Patrick. Os ornitísquios (Ornithischia) são os dinossauros que apresentam os ossos pélvicos como nas aves e os saurísquios (Saurischia) os que apresentam os ossos da pelve como na maioria dos répteis. Obrigado pela leitura e contribuição, Patrick!

Reflexões de um dia-a-dia sob a óptica paleontológica

Carolina Zabini, Ciências, Paleontologia, para refletir, , ,

Cada área do conhecimento possui seus jargões e influencia no modo em que as pessoas enxergam o mundo. Eu tenho contato com profissionais cientistas de várias áreas do conhecimento; desde aqueles engenheiros que se divertem indo em um congresso “só” sobre túneis, até aqueles que, apesar de trabalharem o tempo todo, acham que atividades como ministrar aulas “não é trabalho”. Longe de mim questionar qualquer um desses pontos de vista (que tenho como excêntricos) a verdade é que me divirto muito observando e convivendo com pessoas de pontos de vista tão diferentes do meu.

Pensando sobre isso imaginei que algumas (ou todas?) das observações que faço ao longo de um dia podem/devem ter muita influência da minha formação paleobiológica. Vamos aos exemplos!

Nas férias, ao caminhar na praia, percebo que a zona intermarés carrega e deposita sedimentos e corpos de organismos que viviam por ali, e também daqueles que viviam

Diferentes organismos (ou restos de organismos) num mesmo ambiente deposicional. Viviam ali ou foram trazidos?

mais longe (no mar mais profundo), mas que foram trazidos pelas correntes, neste caso, após a sua morte, e ali depositados. Esse conjunto de restos de organismos de diferentes ambientes misturados num mesmo local é bastante comum no registro fossilífero. É o que chamamos de “grau de autoctonia” do registro (o quanto ele representa organismos que viviam naquele ambiente, ou, ao contrário, o quão longe eles foram transportados de seu ambiente de vida original). No registro temos que observar os restos dos organismos para saber se são ou não autóctones. O que observamos? Se o organismo está inteiro ou fragmentado (o que pode indicar transporte), arredondado, se ele tem adaptações morfológicas para viver em determinado ambiente (forma da concha, por exemplo), entre outras feições. A mistura de organismos de diferentes ambientes numa praia atual pode parecer óbvia (como na foto, em que há mistura de conchas, galhos e medusas, cada uma de um ambiente específico), mas no registro isso não é tão fácil de se perceber. Pelo menos não tão imediato. Isso porque não temos mais o ambiente original, só evidências de qual era esse ambiente. Também não temos os organismos, mas sim fósseis deles. Não é de se estranhar, portanto, que uma das ferramentas mais usadas na paleontologia é o atualismo: observar o que ocorre hoje para compreender o passado, que é representado pelo registro fossilífero.

E no meio urbano? É possível ter um olhar paleontológico?

A icnologia (o estudo dos traços fósseis, ou seja, o estudo das marcas deixadas pela atividade de algum organismo) é relativamente constante nas minhas observações. Ao passear com cachorros numa praça que tenha areia, deixamos nossas pegadas, que são rapidamente apagadas ou deformadas pelo caminhar de outros (possibilitando a formação de um registro palimpsesto, caso aquilo ali fosse rapidamente recoberto); ou, ao observar patinhas de diversos animais que foram pintadas em frente a um restaurante vegano, adentrando o local, percebo que elas deveriam também estar saindo ali, se a ideia é de que os animais são bem-vindos e podem circular livremente…pra mim, vestígios de animais somente entrando um lugar podem significar que eles não saíram, pelo menos não pelo mesmo local de entrada.

Ou ainda, como explicado no último post da profa. Frésia, as queimadas geram fragmentos de plantas carbonizados que podem virar registro também… quem nunca olhou para aquela “sujeirinha” preta e pensou sobre sua importância para os paleontólogos do futuro? 🙂

E, claro, o exemplo clássico. Seja aonde for, praia, cidade, interior, ao olhar para o céu noturno estrelado não podemos deixar de pensar que observar as estrelas é olhar para o passado. E como Carl Sagan costumava dizer:  “Nós somos, cada um de nós, um pequeno universo”. Mas aí já entramos em outra área do conhecimento, não?

A perspectiva paleontológica está por toda a parte!

Conheça mais sobre o trabalho de Sagan lendo este post.