Arquivo mensais:abril 2017

Biomineralização: e eu com isso???

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 biomineraliza√ß√£o n√£o √© exclusividade dos eucariontes, pois entre os registros mais antigos de biominerais se encontram os associados a bact√©rias que biomineralizavam Fe, por exemplo, em magnetita formando cristais denominados de magnetosomos h√° 3.000 milh√Ķes de anos. Essas bact√©rias que geram magnetita recebem o nome de magnetot√°ticas. Os vegetais tamb√©m biomineralizam utilizando como √≠on principal o Si, pelo menos nos √ļltimos 400 milh√Ķes de anos, ou seja, desde que temos registros de plantas sobre os continentes. Quem j√° n√£o se cortou com a folha de capim? Essas folhas possuem diminutos corpos de s√≠lica hidratada, ou opala, denominados como fit√≥litos que cumprem fun√ß√Ķes de defesa e sustenta√ß√£o da planta. Por sinal, cada planta biomineraliza fit√≥litos com formas diferentes que podem ser estudados e utilizados em estudos de reconstru√ß√£o de antigas florestas.

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

H√° 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 c√°lcio e que produz bel√≠ssimas carapa√ßas formadas por cristais de calcita s√£o os cocolitofor√≠deos. Sob essa denomina√ß√£o sofisticada de cocolitofor√≠deos s√£o reunidos os organismos autotr√≥ficos marinhos mais abundantes do fitopl√Ęncton, ou seja, que vivem flutuando nas camadas mas superficiais dos mares at√© uns 20m de profundidade. Os cocolitofor√≠deos s√£o t√£o abundantes que, junto aos foramin√≠feros, s√£o respons√°veis por criar e manter o gradiente vertical da alcalinidade na √°gua do mar, e tudo por devido √† biomineraliza√ß√£o.

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 s√£o caracterizados por apresentar uma f√≥rmula qu√≠mica definida, embora a sua morfologia externa possa ser incomum se comparada com os minerais produzidos inorganicamente, mas nessa caracter√≠stica reside parte da sua complexidade e diversidade. Muitos s√£o, na realidade, compostos ou aglomera√ß√Ķes de cristais separados por mat√©ria org√Ęnica como no caso dos nossos ossos. Os biominerais podem existir como pequenos corpos dentro de uma rede de col√°geno ou quitina (como no caso da carapa√ßa dos caranguejos).

Como acontece a biomineraliza√ß√£o? Para que ocorra a nuclea√ß√£o (forma√ß√£o dos primeiros n√ļcleos cristalinos) e o posterior crescimento, a biomineraliza√ß√£o precisa de uma zona de deposi√ß√£o saturada, geralmente isolada do ambiente em volta e delimitada por uma geometria f√≠sica, como ves√≠culas intracelulares, onde o meio ao redor √© precisamente controlado. H√° dois processos b√°sicos respons√°veis: um biologicamente induzido e outro biologicamente controlado. No primeiro caso, os organismos n√£o t√™m controle do tipo e da forma dos minerais depositados, embora controlem o pH, pCO2 e a composi√ß√£o das secre√ß√Ķes, como acontece nos microbialitos comentados no post ‚ÄúMicrobialitos ‚Äď f√≥sseis mais persistentes‚ÄĚ 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

Nenhuma linhagem √© t√£o ic√īnica para a Paleontologia quanto a linhagem dos dinossauros. Muitas crian√ßas despertam seu interesse pela ci√™ncia desde cedo quando come√ßam a ler sobre estes gigantes (nem todos) da Era Mesoz√≥ica. Neste m√™s, senti um misto de nostalgia e de felicidade ao me deparar com relan√ßamento do famoso √°lbum do extinto chocolate Surpresa. Em minha inf√Ęncia, colecionando os cards que continham informa√ß√Ķes 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 at√© mesmo um sinaps√≠deo. √Č comum que o conhecimento popular e a pr√≥pria divulga√ß√£o cient√≠fica nomeiem erroneamente de dinossauros todas estas linhagens distintas. Cabe aos professores de Paleontologia colocar ‚Äúcada dinossauro no seu galho‚ÄĚ. ¬†E cabe aos mesmos ensinar sobre uma das mais conhecidas divis√Ķes dentro de uma linhagem de organismos. Tradicionalmente, os dinossauros s√£o divididos em dois grupos: os ornit√≠squios (Ornithischia), que apresentam os ossos p√©lvicos como na maioria dos r√©pteis, e os saur√≠squios (Saurischia), que apresentam os ossos da pelve como nas aves, sendo estes √ļltimos divididos em saur√≠squios saur√≥podes (Saurischia Sauropodomorpha), herb√≠voros, e saur√≠squios ter√≥podes (Saurischia Theropoda), carn√≠voros.

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

No entanto, h√° poucos dias, tr√™s pesquisadores da Universidade de Cambridge e do Museu de Hist√≥ria Natural de Londres propuseram, em um artigo da revista Nature, uma nova hip√≥tese que fez tremer a √°rvore filogen√©tica dos dinossauros. Como contam em seu artigo, desde 1887 j√° s√£o reconhecidas as linhagens Ornisthischia e Saurischia. Desde antes de que a pr√≥pria linhagem Dinossauria fosse proposta, o que aconteceu em 1974, com a jun√ß√£o daquelas duas linhagens. Como se v√™, por mais de um s√©culo, os paleont√≥logos consideram os ornit√≠squios e os saur√≠squios como representantes de linhagens distintas. Este se tornou um dogma da Paleontologia. Na opini√£o dos autores do artigo, muitas an√°lises filogen√©ticas foram feitas ao longo dos anos sem dar a devida aten√ß√£o a possibilidade de que a cl√°ssica divis√£o da linhagem Dinossauria pudesse estar equivocada. Atrav√©s de um levantamento muito completo de in√ļmeros caracteres de dinossauros basais (tanto de saur√≠squios quanto de ornit√≠squios) e de representantes dos Dinosaurophorma (grupo irm√£o dos dinossauros, composto por r√©pteis que quase s√£o dinossauros), os autores prop√Ķe uma hip√≥tese nova para as rela√ß√Ķes de parentesco dentro da linhagem Dinossauria. √Č a derrocada de um dogma centen√°rio!

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 √© a beleza da ci√™ncia! A ci√™ncia constantemente derruba seus dogmas. N√£o h√° verdade absoluta na ci√™ncia. N√£o h√° uma √ļnica explica√ß√£o. A ci√™ncia √© uma forma de compreender o Universo na qual nem este est√° ileso de questionamento. Afinal, podemos viver em um multiverso. Depois de mais de cem anos de difus√£o de uma proposta sobre as rela√ß√Ķes dos dinossauros, podemos presenciar um marco onde uma nova hip√≥tese, mais robusta, possa estar se consolidando. A cada novo f√≥ssil, a cada novo artigo, a cada novo conhecimento acumulado a ci√™ncia nos aproxima destes antigos √≠cones. 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!

Reflex√Ķes de um dia-a-dia sob a √≥ptica paleontol√≥gica

Cada √°rea do conhecimento possui seus jarg√Ķes e influencia no modo em que as pessoas enxergam o mundo. Eu tenho contato com profissionais cientistas de v√°rias √°reas do conhecimento; desde aqueles engenheiros que se divertem indo em um congresso ‚Äús√≥‚ÄĚ sobre t√ļneis, at√© aqueles que, apesar de trabalharem o tempo todo, acham que atividades como ministrar aulas ‚Äún√£o √© trabalho‚ÄĚ. Longe de mim questionar qualquer um desses pontos de vista (que tenho como exc√™ntricos) a verdade √© que me divirto muito observando e convivendo com pessoas de pontos de vista t√£o diferentes do meu.

Pensando sobre isso imaginei que algumas (ou todas?) das observa√ß√Ķes que fa√ßo ao longo de um dia podem/devem ter muita influ√™ncia da minha forma√ß√£o paleobiol√≥gica. 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, ap√≥s a sua morte, e ali depositados. Esse conjunto de restos de organismos de diferentes ambientes misturados num mesmo local √© bastante comum no registro fossil√≠fero. √Č o que chamamos de ‚Äúgrau de autoctonia‚ÄĚ do registro (o quanto ele representa organismos que viviam naquele ambiente, ou, ao contr√°rio, o qu√£o longe eles foram transportados de seu ambiente de vida original). No registro temos que observar os restos dos organismos para saber se s√£o ou n√£o aut√≥ctones. O que observamos? Se o organismo est√° inteiro ou fragmentado (o que pode indicar transporte), arredondado, se ele tem adapta√ß√Ķes morfol√≥gicas para viver em determinado ambiente (forma da concha, por exemplo), entre outras fei√ß√Ķes. A mistura de organismos de diferentes ambientes numa praia atual pode parecer √≥bvia (como na foto, em que h√° mistura de conchas, galhos e medusas, cada uma de um ambiente espec√≠fico), mas no registro isso n√£o √© t√£o f√°cil de se perceber. Pelo menos n√£o t√£o imediato. Isso porque n√£o temos mais o ambiente original, s√≥ evid√™ncias de qual era esse ambiente. Tamb√©m n√£o temos os organismos, mas sim f√≥sseis deles. N√£o √© de se estranhar, portanto, que uma das ferramentas mais usadas na paleontologia √© o atualismo: observar o que ocorre hoje para compreender o passado, que √© representado pelo registro fossil√≠fero.

E no meio urbano? √Č poss√≠vel ter um olhar paleontol√≥gico?

A icnologia (o estudo dos tra√ßos f√≥sseis, ou seja, o estudo das marcas deixadas pela atividade de algum organismo) √© relativamente constante nas minhas observa√ß√Ķes. Ao passear com cachorros numa pra√ßa que tenha areia, deixamos nossas pegadas, que s√£o rapidamente apagadas ou deformadas pelo caminhar de outros (possibilitando a forma√ß√£o 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 tamb√©m estar saindo ali, se a ideia √© de que os animais s√£o bem-vindos e podem circular livremente…pra mim, vest√≠gios de animais somente entrando um lugar podem significar que eles n√£o sa√≠ram, pelo menos n√£o pelo mesmo local de entrada.

Ou ainda, como explicado no √ļltimo post da profa. Fr√©sia, as queimadas geram fragmentos de plantas carbonizados que podem virar registro tamb√©m… quem nunca olhou para aquela ‚Äúsujeirinha‚ÄĚ preta e pensou sobre sua import√Ęncia para os paleont√≥logos do futuro? ūüôā

E, claro, o exemplo cl√°ssico. Seja aonde for, praia, cidade, interior, ao olhar para o c√©u noturno estrelado n√£o podemos deixar de pensar que observar as estrelas √© olhar para o passado. E como Carl Sagan costumava dizer: ¬†“N√≥s somos, cada um de n√≥s, um pequeno universo”. Mas a√≠ j√° entramos em outra √°rea do conhecimento, n√£o?

A perspectiva paleontológica está por toda a parte!

Conheça mais sobre o trabalho de Sagan lendo este post.