O livro “Impressões da vida. 25 etapas da evolução e toda a história do planeta "

Olá pessoal! Expandimos nossa série New Science com um novo livro:

o autor de muitos paleontólogos best-sellers Donald Protero transformou a descrição científica de 25 fósseis famosos perfeitamente preservados em uma fascinante história do desenvolvimento da vida na Terra.

Os vinte e cinco fósseis mencionados neste livro demonstram a vida em todo o seu esplendor evolutivo, mostrando como uma espécie é transformada em outra. Vemos toda a variedade de plantas e animais extintos - de tamanhos microscópicos a gigantescos. Falaremos sobre fantásticas criaturas terrestres e marítimas que não têm análogos na natureza moderna: os primeiros trilobitas, tubarões gigantes, enormes répteis marinhos e dinossauros emplumados, os primeiros pássaros, baleias ambulantes, rinocerontes gigantes sem chifres e Australopithecus "Lucy".

Prefácio

A história da vida na Terra é incrivelmente complexa. Atualmente, 5 a 15 milhões de espécies de seres vivos vivem em nosso planeta. Como mais de 99% das espécies já existentes já se extinguiram, podemos concluir que centenas de milhões de espécies biológicas viveram na Terra, se não mais, desde que a vida nasceu - e isso aconteceu 3,5 bilhões de anos atrás ou até mais cedo.

Portanto, selecionar apenas 25 fósseis para representar centenas de milhões de espécies extintas usando seu exemplo não é uma tarefa fácil. Eu me concentrei nos fósseis icônicos da história da evolução. Eles demonstram os estágios principais da origem de grandes grupos de espécies biológicas ou ilustram transições evolutivas de um grupo para outro. Além disso, a vida não é apenas o surgimento de novos grupos de espécies, mas uma manifestação marcante de várias adaptações, durante as quais o tamanho dos organismos, seus nichos ecológicos e o ambiente ocupam mudanças. Portanto, escolhi várias formas fósseis "extremas" que demonstram o que a biologia pode alcançar. Você se familiarizará com o maior animal terrestre, o maior predador terrestre e algumas criaturas marinhas gigantes que outrora araram o oceano.

Naturalmente, uma abordagem tão complexa obriga a ignorar muitas criaturas, por isso escolhi dolorosamente quem descrever e quem pular. Tentei pegar fósseis, relativamente bem preservados e famosos. Assim, muitas espécies foram excluídas, cujos restos são fragmentados demais para interpretá-las com confiança. Dados os interesses de uma ampla gama de leitores, eu preferia dinossauros e vertebrados. Peço desculpas a todos os meus conhecidos paleobotanistas e micro-paleontologistas por terem privado suas disciplinas dedicando os dois ao capítulo.

Espero que você me perdoe meus pecados, atos e não atos e preste atenção aos seres cujas histórias eu quero lhe contar. Que eles possam tornar sua vida mais brilhante!

Trecho do livro

CHIENTISTA DE PESCA PALOR

Fendas branquiais, cartilagem lingual, sináptica, estilo e corda. Você não pode argumentar que todos esses órgãos distinguem protocordatos de peixes marinhos e indicam a eles, assim como a nós, sua baixa origem. As glândulas tireóide e timo, a haste sob o acorde, são o que nos une com lampreias, quadras e arenques, alguns dos que há muito diversificam nossa mesa.
Walter Garstang, “Formas larvais com outros versos zoológicos”

Hugh Miller e o antigo arenito vermelho

Juntamente com o resto dos mamíferos, nós humanos, assim como pássaros, répteis, anfíbios e peixes, somos vertebrados, ou seja, animais com crista. De onde vieram os vertebrados? O que pode dizer sobre a origem do nosso tipo, o peixe fóssil mais antigo? Para obter respostas para essas perguntas, você precisa viajar para a Escócia no final do século XVIII.

No final do século XVIII, principalmente no Reino Unido, uma nova disciplina científica jovem começou a se desenvolver - a geologia. James Hatton, um dos primeiros naturalistas escoceses, lançou as bases da geologia moderna com base em suas próprias viagens na Escócia. O resultado deles em 1788 foi a publicação da Teoria da Terra ("Teoria da Terra"), onde Hatton delineou uma abordagem científica para a questão da origem da Terra.

Entre as divisões estratigráficas britânicas que Hatton estudou cuidadosamente, havia uma poderosa série de rochas de arenito, conhecidas como arenito vermelho antigo. É amplamente distribuído na Escócia e também é encontrado em muitas áreas do leste e centro da Inglaterra. Quanto mais Hatton o estudava, mais claramente os traços de uma enorme cadeia de montanhas que desmoronavam completamente apareciam diante dele, e suas rochas eram separadas por córregos e rios, depositados na forma de seixos e arenitos dessa formação. Em muitos lugares, ela corre quase horizontalmente através da superfície da erosão, colidindo com as rochas mais antigas, que foram viradas de cabeça para baixo e depois corroídas, passando de uma posição horizontal para uma vertical. Esse exemplo de desacordo angular convenceu Hatton de que o mundo era incrivelmente velho e se originou "em tempos imemoriais".O mundo tinha claramente mais de 6.000 anos - sua idade segundo a Bíblia; essa avaliação foi amplamente reconhecida durante o período de Hatton.

O palpite do cientista não estava longe da verdade. Hoje, o arenito vermelho antigo data do período devoniano (cerca de 345 milhões de anos atrás). Rochas derrubadas abaixo de desacordo angular em idade pertencem a Silurian (cerca de 425 milhões de anos atrás) e surgiram durante a dobragem da Caledônia (Caledonia - o antigo nome romano da Escócia). Essa dobra se desenrolou quando o núcleo da Europa (o chamado Escudo do Báltico) colidiu com outra placa tectônica, que agora inclui o norte do Canadá e a Groenlândia. Durante esse ato titânico de construção de montanhas, todas as rochas silurianas formadas pouco antes foram pulverizadas. As montanhas caledonianas resultantes desmoronaram rapidamente, transformando-se em areia do rio, que finalmente cristalizou na forma de arenito vermelho antigo.O arenito de Catskill, no estado de Nova York, foi formado de maneira semelhante como resultado da erosão das montanhas da Academia, que formaram um único cinturão junto às montanhas da Caledônia.

Uma geração depois de Hatton, o antigo arenito vermelho ganhou fama graças à atenção de um modesto pedreiro escocês chamado Hugh Miller. Ele era filho de um capitão, mas frequentou a escola apenas até os 17 anos, ou seja, ele não recebeu uma educação sistemática suficiente para estudar fósseis. Nos retratos, ele era retratado como um homem forte, de ombros largos e forte (ele provavelmente adquiriu uma figura assim, trabalhando com uma pedra por muitos anos), usava cachos grossos e as mesmas magníficas costeletas (Fig. 8.1). Miller passou sua juventude em pedreiras, principalmente em arenito vermelho antigo. Nos meses livres do trabalho, ele vasculhou os afloramentos costeiros de arenito, onde um após o outro encontrou belos peixes petrificados. Outros trabalhadores que também trabalhavam lá logo coletaram muitas amostras e Miller começou a estudar as descobertas.Em 1834, o pó de quartzo das pedreiras começou a arruinar seus pulmões, então ele deixou o trabalho de pedreiros e foi para Edimburgo, onde planejava se tornar banqueiro e escritor.


Fig. 8.1 Retrato de Hugh Miller (ilustração do Wikimedia Commons)

Mesmo com uma educação limitada, ele se tornou um dos primeiros autores de ciências populares na história da paleontologia. Em 1834, Miller publicou Scenes and Legends of North Scotland ("Esboços e lendas do norte da Escócia"), um verdadeiro best-seller sobre a geologia e história natural da Escócia, escrito para um público em constante expansão naqueles anos interessados ​​em ciências naturais. Ele continuou seu trabalho em 1841, escrevendo The Old Red Sandstone: New Walks in a Old Field, que descreve esta unidade estratigráfica, seus incríveis peixes fósseis e "escorpiões-do-mar" . Miller ilustrou independentemente este livro (Fig. 8.2). A passagem a seguir permite que você aprecie completamente o estilo dele:

; - ; , , — , . , ; , , , ; , , . , , , , - . — , - — , , . , , « ».

Graças a seus livros, Miller logo se tornou uma verdadeira celebridade entre os cientistas naturais, embora ele não fosse um paleontólogo profissional. Felizmente, em uma reunião da Associação Britânica para o Avanço do Progresso Científico, ele se reuniu com o lendário paleoititólogo suíço Louis Agassis. Miller foi capaz de transferir suas amostras para uma pessoa que foi capaz de analisá-las. Agassis realmente descreveu e nomeou todos os fósseis notáveis ​​de Miller.

Em seus livros, Miller promoveu suas próprias crenças religiosas e lutou contra o interesse francês nas teorias evolucionárias que estavam prestes a florescer na Grã-Bretanha. Seu livro The Foot-prints of the Creator: or, The Asterolepis of Stromness foi publicado em 1849 e continha ataques a idéias evolucionárias sensacionais, que em seu livro Vestiges of the Natural History of Creation ("Remanescentes da História Natural da Criação"), publicado em 1844, foi desenvolvido pelo editor escocês Robert Chambers.


Fig. 8.2 Peixes glyptolepis de estepes de lobos (parentes distantes de anfíbios) e peixes dípteros bípedes diptherus (gravura do livro Hugh Miller, The Old Red Sandstone, ou, New Walks in a Old Field (Edimburgo: Johnstone, 1841))

No entanto, Miller não era um defensor de uma interpretação literal da Bíblia. Como a maioria dos geólogos britânicos de sua época, ele considerou o Dilúvio de Noé um evento local, abrangendo apenas a Mesopotâmia, e interpretou o registro fóssil como atos sucessivos de criação e destruição, não mencionados na Bíblia. Reconhecendo que as mudanças cronológicas podem ser encontradas no registro fóssil, ele não concordou que as espécies posteriores descendessem das anteriores.

Infelizmente, aos 54 anos de idade, Miller foi atormentado por dores de cabeça e confusão estranhas e severas, e se matou assim que enviou a editora revisando seu último livro - O Testemunho de Rochas ("Reconhecendo as Rochas"). O mundo científico o lamentou; em homenagem a Miller, eles realizaram uma das mais grandiosas procissões fúnebres da história de Edimburgo. David Brewster escreveu: "O Sr. Miller é um dos poucos representantes da ciência escocesa que conseguiu se rebelar sobre a rotina de sua humilde profissão e a força de sua genialidade, bem como de seu caráter destacado, para ocupar um lugar relativamente alto na hierarquia social". Uma variedade de fósseis recebeu seu nome, incluindo o "escorpião do mar" Hughmilleria e os peixes primitivos, hoje chamados Millerosteus, bem como muitas espécies de peixes com milleri no nome.

IDADE DOS PEIXES

O arenito vermelho antigo foi formado no período devoniano - na era dos peixes, portanto, reflete a evolução dos peixes que viviam na época. Não são encontrados apenas tubarões e peixes com barbatanas de raio que sobreviveram até hoje, mas muitos barbatanas e, em particular, sem fôlego (ver Fig. 8.2). Os peixes primitivos da mandíbula (os chamados armaduras) eram comuns, cuja cabeça e peito eram cobertos por escudos densos. O peixe carapaça foi extinto no final do Devoniano.

Os mesmos fósseis deram a primeira evidência a favor da prevalência generalizada de peixes sem mandíbulas semelhantes a conchas. Nas décadas de 1830 e 1840, Agassis descreveu alguns deles, incluindo pteraspis (Pteraspis) e cefalaspis (Cephalaspis) (Fig. 8.3). Miller alegou que os fósseis de peixes que ele descobriu não eram evidências de evolução, mas não eram um anatomista bom o suficiente para julgar isso. No entanto, a presença desses vertebrados sem mandíbula no Devoniano testemunhou que várias rodadas de evolução separam os modernos mandíbulas dos invertebrados sem mandíbula.


Fig. 8.3 Peixes cephalaspis sem mandíbulas blindados (gravura de Hugh Miller, The Old Red Sandstone, ou, New Walks in a Old Field (Edimburgo: Johnstone, 1841))


. 8.4 , ( : Donald R. Prothero, Evolution: What the Fossils Say and Why It Matters (New York: Columbia University Press, 2007), fig. 9.8)



. 8.5 , : (A) ; () ( (A) Wikimedia Commons; () Nobumichi Tamura)

Em breve, fósseis desses peixes sem mandíbulas parecidos com conchas foram descobertos em muitas outras regiões. Eles mais uma vez mostraram como os vertebrados da mandíbula evoluíram dos ancestrais sem mandíbula (veja a Fig. 8.4). Pteraspis e seus primos (heterostrucanos) geralmente tinham um corpo blindado e aerodinâmico que lembrava um torpedo em forma. Pontas longas geralmente se projetavam dos lados e costas de tais peixes, e a cauda com a barbatana principal olhava para baixo (veja a Fig. 8.5). Os heterostracanos tinham uma boca minúscula semelhante a um espaço, e não havia mandíbulas nem barbatanas musculares fortes que serviriam de leme. Provavelmente nadavam como girinos, sugando água e filtrando partículas de nutrientes que passavam pela boca e brânquias. Por outro lado, as cefaloses (ver Figs. 8.3 e 8.4) e os osteostracanos relacionados (também chamados ostracodermos) tinham uma cabeça inclinada com um fundo plano,e a barbatana principal na cauda olhou para cima (como tubarões modernos). Acredita-se que eles nadaram no fundo e vasculharam o lodo em busca de comida, filtrando o sedimento pela boca sem mandíbula.

PESCA NO PASSADO

Ao longo dos anos, os cientistas descobriram cada vez mais fósseis de peixes sem mandíbulas semelhantes a conchas no Devoniano e depois em depósitos silurianos ao redor do mundo. Mas a única parte do corpo que foi facilmente fossilizada foi a concha externa. Como os tubarões e os peixes mais primitivos, eles não tinham um esqueleto ósseo, apenas cartilaginoso, pouco preservado em fósseis. Se não fosse a concha, nenhum desses peixes poderia sobreviver no registro fóssil.

Por algum tempo, não houve evidência da existência de peixes sem mandíbula (e qualquer outro) antes do siluriano. Grandes predadores dominados nos mares ordovicianos, por exemplo, nautiloides de 5,5 m de comprimento, mas, apesar da abundância de fauna marinha ordoviciana fóssil, não conseguiram encontrar traços de ossos. Os únicos indícios de sua existência foram achados raros, como no arenito Harding perto de Canyon City (Colorado). Esta raça data do Ordoviciano Médio e contém muitos fragmentos de uma concha óssea pertencentes ao peixe sem mandíbulas Astrapis (Astrapis). Nos anos 1970-1980, foi possível encontrar cópias completas desses vertebrados antigos, como Arandaspis da Austrália e Sacambaspis da América do Sul, posteriormente encontrados também na Austrália.


Fig. 8.6 Um único pequeno fragmento de uma placa (com cerca de um milímetro de diâmetro) da concha de couro do peixe anatolepis maxilar cambriano (Anatolepis) - um dos vertebrados mais antigos com ossos (ilustração fornecida pelo US Geological Survey)

Todos esses peixes sem mandíbulas ordovicianos eram arranjados não mais complicados do que máquinas de filtragem cobertas com finas placas de concha de osso. Seus corpos largos e planos quase não tinham partes proeminentes - sem barbatanas ou pontas. Apenas uma boca em forma de fenda para absorção de água, que estava repleta de comida, e uma cauda assimétrica simples. Em vez da carapaça lamelar, como o pteraspis, esses peixes estavam cobertos por centenas de pequenos fragmentos de ossos que se assemelhavam a cota de malha. Pequenos olhos e fileiras de túbulos na superfície do corpo (linhas laterais) permitiram capturar o movimento da água ao redor. Todos esses peixes ordovicianos são extremamente raros em comparação com a maioria dos outros animais da época. Também era deprimente que nem um único peixe semelhante de Cambrian fosse conhecido.

Finalmente, na década de 1970, Jack Repacky, paleontólogo do US Geological Survey, começou a trabalhar com micro-fósseis, os chamados conodontes, do arenito Deadwood no Wyoming, datado do final dos Cambrianos. Dissolvendo fósseis calcificados em busca de conodontes (compostos de fosfato de cálcio, como ossos vertebrais), ele encontrou fragmentos de uma forma interessante e percebeu que à sua frente havia pedaços de uma concha de couro de um peixe sem mandíbula de anatolepis (ver Fig. 8.6). Mais tarde, muitos debates surgiram sobre se essas amostras realmente pertenciam à coluna vertebral. Como resultado, eles resolveram, e hoje os anatolepis são considerados o vertebrado mais antigo conhecido, do qual restaram fósseis ósseos.

LIGAÇÃO DE LINKS

Assim, encontrando gradualmente fósseis de vertebrados em raças cada vez mais antigas, finalmente nos encontramos em sedimentos formados antes dos ossos aparecerem. Atualmente, fragmentos da concha de couro de anatolepis ainda são os restos fósseis mais antigos de uma criatura que tinha ossos. Todos os animais mais antigos eram de corpo mole, consistiam em cartilagem e tecidos menos duráveis, que só podiam fossilizar ocasionalmente, nas condições mais favoráveis.

Como não houve mais descobertas de fósseis ósseos, biólogos e paleontólogos tentaram conectar elos evolutivos entre vertebrados e seus ancestrais, e decidiram fazer isso de baixo para cima.

Aqui não nos falta material, uma vez que muitos organismos intermediários que conectam os vertebrados com o resto do reino animal sobreviveram até hoje, e numerosos fósseis permaneceram de outros. Mamíferos, pássaros, répteis, anfíbios e peixes pertencem ao tipo de corda, denominada assim porque seus embriões (e às vezes adultos) têm uma longa corda flexível de cartilagem (corda) correndo ao longo das costas e apoiando todo o corpo. Chorda é o precursor da coluna vertebral.

Os parentes mais próximos dos cordados pertencem a outro tipo, semi-cordados (Fig. 8.7). Hoje eles são representados por intestino e cirro. Intestinais (são intestinais), lembram um observador despreparado de vermes comuns, mas seus embriões possuem os rudimentos do acorde e a verdadeira faringe (faringe) de todos os acordados. Além disso, o tronco nervoso percorre as costas e o trato digestivo ao longo da barriga; essa configuração é característica da maioria dos cordados, enquanto nos invertebrados é o oposto: o tronco nervoso corre ao longo do abdômen, o trato digestivo nas costas. Essa semelhança anatômica é sustentada por características embriológicas características dos cordados. Finalmente, a análise molecular do DNA mostra que os hemicordatos estão muito próximos do ancestral comum de todos os vertebrados,bem como os parentes mais próximos dos invertebrados - equinodermes (incluem estrelas do mar, holoturianos, ouriços do mar etc.).

O próximo elo a caminho dos vertebrados é um grupo representado por mais de 2.000 espécies que vivem nos oceanos de todo o mundo. Estamos falando de conchas ou ascídias (Fig. 8.7). Como o trato intestinal, os ascídios não se assemelham a um observador inexperiente de peixe, mas a impressão externa é enganosa. Os indivíduos adultos são feios, parecem um saco de geléia e filtram a água do mar através do corpo da cesta. Mas as larvas das conchas lembram muito peixes ou girinos; eles têm uma corda bem desenvolvida, uma longa cauda muscular com músculos emparelhados e uma cabeça com uma garganta grande. Estas são apenas algumas das características mais importantes. Novamente, a direção da evolução pode ser traçada no nível dos embriões, e as evidências embriológicas são apoiadas por evidências moleculares que demonstram claramente que as conchas estão mais próximas dos vertebrados do que qualquer outro invertebrado marinho.

O último elo entre invertebrados e vertebrados é o lancelet (Branchiostoma) (ver Fig. 8.7). Esse pedaço de carne discreto geralmente tem apenas alguns centímetros de comprimento, mas se você olhar para ele, verifica-se que é muito semelhante ao peixe, embora não seja peixe. A lanceta possui uma corda longa e flexível que suporta o corpo e é equipada com muitos ligamentos musculares em forma de V, localizados ao longo de todo o comprimento do animal; graças a esses ligamentos, ele flutua perfeitamente. As fibras nervosas de Lancelote percorrem as costas e o trato digestivo ao longo do abdômen, como todos os cordados. Não há mandíbulas ou dentes, mas a boca leva à faringe com um saco branquial, onde o animal pega comida. As lanceletas não têm olhos reais, apenas um ponto fotossensível na frente do corpo, permitindo-lhes distinguir entre luz e sombra. Essas criaturas passam a vida inteiracavando a cauda no lodo inferior, saindo apenas da cabeça e ofegando por partículas de comida.


Fig. 8.7 Origem dos cordados de invertebrados; A versão original descrita por Walter Garstang e Alfred C. Romer mais de um século atrás. Variantes da estrutura de muitos indivíduos adultos (por exemplo, tunicados adultos) acabaram sendo galhos evolutivos sem saída, mas as larvas de conchas mantêm uma cauda longa e outras características que mais tarde desempenharam um papel importante na origem de cordados mais avançados (foto de Karl Buell de Donald R. Prothero, Evolution: What the Os fósseis dizem e por que são importantes (Nova York: Columbia University Press, 2007), fig. 9.4)

Finalmente, vários fósseis de lancelotes bem preservados demonstram que esses animais já existiam no início dos Cambrianos - precisamente no momento em que a evolução dos peixes começou. Entre esses fósseis estão o Pikaia, encontrado nos folhelhos de Burgess, no Canadá (ver capítulo 6), e o fóssil semelhante de Yunnanozoon pertencente à fauna de Shenyang (China), que data do início dos cambrianos (518 milhões de anos atrás).

Mais detalhes sobre o livro podem ser encontrados no site do editor .

Desconto de 25% em cupons para os leitores deste blog - Imprints of life