Paleontologia - Paleontology

Um paleontólogo trabalhando no Monumento Nacional John Day Fossil Beds

Paleontologia ( / ˌ p l i ɒ n t ɒ l ə i , ˌ p æ l i -, - ən - / ), também escrito paleontologia ou paleontologia , é o estudo científico da vida que existia antes, e às vezes incluindo, o início da época do Holoceno (cerca de 11.700 anos antes do presente). Inclui o estudo de fósseis para classificar organismos e estudar suas interações entre si e seus ambientes (sua paleoecologia ). As observações paleontológicas foram documentadas já no século 5 aC. A ciência se estabeleceu no século 18 como resultado do trabalho de Georges Cuvier sobre anatomia comparada , e se desenvolveu rapidamente no século 19. O próprio termo se origina do grego παλα ( 'palaios' , "velho, antigo"), ὄν ( 'on' , ( gen. 'Ontos' ), "ser, criatura") e λόγος ( 'logos' , "fala, pensamento, estudo ").

A paleontologia está na fronteira entre a biologia e a geologia, mas difere da arqueologia por excluir o estudo de humanos anatomicamente modernos . Ele agora usa técnicas extraídas de uma ampla gama de ciências, incluindo bioquímica , matemática e engenharia. O uso de todas essas técnicas permitiu aos paleontólogos descobrir muito da história evolutiva da vida , quase todo o caminho de volta para quando a Terra se tornou capaz de sustentar a vida, quase 4 bilhões de anos atrás. Com o aumento do conhecimento, a paleontologia desenvolveu subdivisões especializadas, algumas das quais se concentram em diferentes tipos de organismos fósseis, enquanto outras estudam a ecologia e a história ambiental, como os climas antigos .

Fósseis corporais e vestígios de fósseis são os principais tipos de evidências sobre a vida antiga, e as evidências geoquímicas ajudaram a decifrar a evolução da vida antes que existissem organismos grandes o suficiente para deixar fósseis corporais. Estimar as datas desses vestígios é essencial, mas difícil: às vezes, camadas de rocha adjacentes permitem datação radiométrica , que fornece datas absolutas com precisão de 0,5%, mas mais frequentemente os paleontólogos têm que confiar na datação relativa para resolver os " quebra-cabeças " da bioestratigrafia (arranjo das camadas de rocha da mais jovem para a mais velha). Classificar organismos antigos também é difícil, já que muitos não se encaixam bem na taxonomia Linnaeana de classificação de organismos vivos, e os paleontólogos usam mais frequentemente a cladística para traçar "árvores genealógicas" evolucionárias. O último quarto do século 20 viu o desenvolvimento da filogenética molecular , que investiga quão intimamente os organismos estão relacionados medindo a similaridade do DNA em seus genomas . A filogenética molecular também foi usada para estimar as datas em que as espécies divergiram, mas há controvérsias sobre a confiabilidade do relógio molecular do qual essas estimativas dependem.

Visão geral

A definição mais simples de "paleontologia" é "o estudo da vida antiga". O campo busca informações sobre vários aspectos dos organismos do passado: "sua identidade e origem, seu ambiente e evolução, e o que eles podem nos dizer sobre o passado orgânico e inorgânico da Terra".

Ciência histórica

A preparação dos ossos fossilizados de Europasaurus holgeri

William Whewell (1794-1866) classificou a paleontologia como uma das ciências históricas, junto com a arqueologia , geologia, astronomia , cosmologia , filologia e a própria história: a paleontologia visa descrever fenômenos do passado e reconstruir suas causas. Portanto, tem três elementos principais: descrição de fenômenos passados; desenvolver uma teoria geral sobre as causas de vários tipos de mudança; e aplicando essas teorias a fatos específicos. Ao tentar explicar o passado, os paleontólogos e outros cientistas históricos freqüentemente constroem um conjunto de uma ou mais hipóteses sobre as causas e então procuram uma " arma fumegante ", uma evidência que concorda fortemente com uma hipótese sobre qualquer outra. Às vezes, os pesquisadores descobrem uma "arma fumegante" por um feliz acidente durante outra pesquisa. Por exemplo, a descoberta de 1980 por Luis e Walter Alvarez do irídio , um metal principalmente extraterrestre, no Cretáceo - Camada limite terciária fez do impacto do asteróide a explicação mais favorecida para o evento de extinção Cretáceo-Paleógeno - embora o debate continue sobre a contribuição do vulcanismo.

Uma abordagem complementar ao desenvolvimento do conhecimento científico, a ciência experimental , costuma funcionar por meio da realização de experimentos para refutar hipóteses sobre o funcionamento e as causas dos fenômenos naturais. Essa abordagem não pode provar uma hipótese, uma vez que algum experimento posterior pode refutá-la, mas o acúmulo de falhas para refutar muitas vezes é uma evidência convincente a favor. No entanto, quando confrontados com fenômenos totalmente inesperados, como as primeiras evidências de radiação invisível , os cientistas experimentais costumam usar a mesma abordagem que os cientistas históricos: constroem um conjunto de hipóteses sobre as causas e então procuram uma "arma fumegante".

Ciências relacionadas

A paleontologia está entre a biologia e a geologia, uma vez que se concentra no registro de vidas passadas, mas sua principal fonte de evidência são fósseis em rochas. Por razões históricas, a paleontologia faz parte do departamento de geologia de muitas universidades: no século 19 e no início do século 20, os departamentos de geologia encontraram evidências fósseis importantes para a datação de rochas, enquanto os departamentos de biologia mostraram pouco interesse.

A paleontologia também tem alguma sobreposição com a arqueologia , que trabalha principalmente com objetos feitos por humanos e com restos humanos, enquanto os paleontólogos estão interessados ​​nas características e evolução dos humanos como espécie. Ao lidar com evidências sobre humanos, arqueólogos e paleontólogos podem trabalhar juntos - por exemplo, os paleontólogos podem identificar fósseis de animais ou plantas ao redor de um sítio arqueológico , para descobrir as pessoas que viveram lá e o que comeram; ou podem analisar o clima na época da habitação.

Além disso, a paleontologia frequentemente empresta técnicas de outras ciências, incluindo biologia, osteologia , ecologia, química , física e matemática. Por exemplo, assinaturas geoquímicas de rochas podem ajudar a descobrir quando a vida surgiu pela primeira vez na Terra, e análises de taxas de isótopos de carbono podem ajudar a identificar mudanças climáticas e até mesmo a explicar grandes transições, como o evento de extinção Permiano-Triássico . Uma disciplina relativamente recente, a filogenética molecular , compara o DNA e o RNA de organismos modernos para reconstruir as "árvores genealógicas" de seus ancestrais evolutivos. Também tem sido usado para estimar as datas de desenvolvimentos evolutivos importantes, embora esta abordagem seja controversa devido às dúvidas sobre a confiabilidade do " relógio molecular ". Técnicas de engenharia têm sido usados para analisar como os corpos de organismos antigos poderia ter funcionado, por exemplo, a velocidade e mordida força funcionar de Tyrannosaurus , ou a mecânica de vôo de Microraptor . É relativamente comum estudar os detalhes internos de fósseis usando microtomografia de raios-X . Paleontologia, biologia, arqueologia e paleoneurobiologia combinam-se para estudar moldes endocranianos (endocasts) de espécies relacionadas aos humanos para esclarecer a evolução do cérebro humano.

A paleontologia ainda contribui para a astrobiologia , a investigação de possível vida em outros planetas , desenvolvendo modelos de como a vida pode ter surgido e fornecendo técnicas para detectar evidências de vida.

Subdivisões

Com o aumento do conhecimento, a paleontologia desenvolveu subdivisões especializadas. A paleontologia dos vertebrados concentra-se nos fósseis dos primeiros peixes aos ancestrais imediatos dos mamíferos modernos . A paleontologia de invertebrados lida com fósseis como moluscos , artrópodes , vermes anelídeos e equinodermos . A paleobotânica estuda plantas fósseis , algas e fungos. Palinologia , o estudo do pólen e esporos produzidos por plantas terrestres e protistas , abrange a paleontologia e a botânica , pois lida com organismos vivos e fósseis. A micropaleontologia lida com organismos fósseis microscópicos de todos os tipos.

Análises usando técnicas de engenharia mostram que o tiranossauro teve uma mordida devastadora, mas levantam dúvidas sobre sua habilidade de corrida.

Em vez de se concentrar em organismos individuais, a paleoecologia examina as interações entre diferentes organismos antigos, como suas cadeias alimentares e as interações bidirecionais com seus ambientes. Por exemplo, o desenvolvimento da fotossíntese oxigenada por bactérias causou a oxigenação da atmosfera e aumentou enormemente a produtividade e a diversidade dos ecossistemas . Juntos, eles levaram à evolução de células eucarióticas complexas , a partir das quais todos os organismos multicelulares são construídos.

A paleoclimatologia , embora às vezes tratada como parte da paleoecologia, concentra-se mais na história do clima da Terra e nos mecanismos que o mudaram - que às vezes incluem desenvolvimentos evolutivos , por exemplo, a rápida expansão de plantas terrestres no período Devoniano removeu mais dióxido de carbono de a atmosfera, reduzindo o efeito estufa e, assim, ajudando a causar uma era do gelo no período Carbonífero .

A bioestratigrafia , o uso de fósseis para calcular a ordem cronológica em que as rochas foram formadas, é útil tanto para paleontólogos quanto para geólogos. A biogeografia estuda a distribuição espacial dos organismos e também está ligada à geologia, o que explica como a geografia da Terra mudou ao longo do tempo.

Fontes de evidência

Fósseis de corpo

Este espécime de Marrella ilustra como os fósseis do Burgess Shale lagerstätte são claros e detalhados

Os fósseis dos corpos dos organismos são geralmente o tipo de evidência mais informativo. Os tipos mais comuns são madeira, ossos e conchas. A fossilização é um evento raro e a maioria dos fósseis são destruídos por erosão ou metamorfismo antes de serem observados. Conseqüentemente, o registro fóssil é muito incompleto, cada vez mais para trás no tempo. Apesar disso, muitas vezes é adequado para ilustrar os padrões mais amplos da história da vida. Existem também vieses no registro fóssil: diferentes ambientes são mais favoráveis ​​à preservação de diferentes tipos de organismos ou partes de organismos. Além disso, apenas as partes dos organismos que já foram mineralizados são geralmente preservadas, como as conchas dos moluscos. Como a maioria das espécies animais tem corpo mole, eles se deterioram antes de se fossilizarem. Como resultado, embora haja mais de 30 filos de animais vivos, dois terços nunca foram encontrados como fósseis.

Ocasionalmente, ambientes incomuns podem preservar tecidos moles. Esses lagerstätten permitem aos paleontólogos examinar a anatomia interna dos animais que, em outros sedimentos, são representados apenas por conchas, espinhos, garras etc. - se é que são preservados. No entanto, mesmo lagerstätten apresentam uma imagem incompleta da vida na época. A maioria dos organismos vivos na época provavelmente não está representada porque lagerstätten está restrita a uma faixa estreita de ambientes, por exemplo, onde organismos de corpo mole podem ser preservados muito rapidamente por eventos como deslizamentos de terra; e os eventos excepcionais que causam sepultamento rápido dificultam o estudo dos ambientes normais dos animais. A dispersão do registro fóssil significa que se espera que os organismos existam muito antes e depois de serem encontrados no registro fóssil - isso é conhecido como efeito Signor-Lipps .

Fósseis de vestígios

Climactichnites --- rastros cambrianos (10–12 cm de largura) de grandes animais semelhantes a lesmas em uma planície de maré cambrianano que hoje é Wisconsin .

Os vestígios de fósseis consistem principalmente em rastros e tocas, mas também incluem coprólitos ( fezes fósseis ) e marcas deixadas pela alimentação. Os vestígios de fósseis são particularmente significativos porque representam uma fonte de dados que não se limita a animais com partes duras facilmente fossilizadas e refletem o comportamento dos organismos. Além disso, muitos vestígios datam de muito mais cedo do que os fósseis do corpo de animais que se acredita serem capazes de produzi-los. Embora a atribuição exata de vestígios de fósseis a seus criadores seja geralmente impossível, os vestígios podem, por exemplo, fornecer as primeiras evidências físicas do aparecimento de animais moderadamente complexos (comparáveis ​​às minhocas ).

Observações geoquímicas

As observações geoquímicas podem ajudar a deduzir o nível global de atividade biológica em um determinado período, ou a afinidade de certos fósseis. Por exemplo, as características geoquímicas das rochas podem revelar quando a vida surgiu pela primeira vez na Terra e podem fornecer evidências da presença de células eucarióticas , o tipo a partir do qual todos os organismos multicelulares são construídos. As análises das taxas de isótopos de carbono podem ajudar a explicar as principais transições, como o evento de extinção Permiano-Triássico .

Classificando organismos antigos

Níveis na taxonomia Linnaeana

Nomear grupos de organismos de uma forma clara e amplamente aceita é importante, pois algumas disputas na paleontologia foram baseadas apenas em mal-entendidos sobre nomes. A taxonomia lineana é comumente usada para classificar organismos vivos, mas enfrenta dificuldades ao lidar com organismos recém-descobertos que são significativamente diferentes dos conhecidos. Por exemplo: é difícil decidir em que nível para colocar um novo agrupamento de nível superior, por exemplo, gênero ou família ou fim ; isso é importante, pois as regras de Linnaean para nomear grupos estão vinculadas a seus níveis e, portanto, se um grupo for movido para um nível diferente, ele deverá ser renomeado.

Tetrápodes

Anfíbios

Amniotas
Sinapsídeos

Sinapsídeos extintos

   

Mamíferos

Répteis

Répteis extintos

Lagartos e cobras

Arquossauros


Arquossauros extintos

Crocodilianos

Dinossauros ?
  


Dinossauros extintos


 ? 

Pássaros

Cladograma de exemplo simples
    O sangue quente evoluiu em algum lugar na
transição sinapsídeo-mamífero. ? O sangue quente também deve ter evoluído em um desses pontos - um exemplo de evolução convergente .
  

Os paleontólogos geralmente usam abordagens baseadas em cladística , uma técnica para trabalhar a "árvore genealógica" evolutiva de um conjunto de organismos. Funciona pela lógica de que, se os grupos B e C têm mais semelhanças entre si do que o grupo A, então B e C estão mais intimamente relacionados entre si do que qualquer um com A. Os caracteres comparados podem ser anatômicos , como a presença de um notocórdio , ou molecular , comparando sequências de DNA ou proteínas . O resultado de uma análise bem-sucedida é uma hierarquia de clados - grupos que compartilham um ancestral comum. Idealmente, a "árvore genealógica" tem apenas dois ramos que saem de cada nó ("junção"), mas às vezes há muito pouca informação para conseguir isso e os paleontólogos têm que se contentar com junções que têm vários ramos. A técnica cladística às vezes é falível, pois algumas características, como asas ou olhos de câmera , evoluíram mais de uma vez, de forma convergente  - isso deve ser levado em consideração nas análises.

A biologia evolutiva do desenvolvimento , comumente abreviada como "Evo Devo", também ajuda os paleontólogos a produzir "árvores genealógicas" e a compreender os fósseis. Por exemplo, o desenvolvimento embriológico de alguns braquiópodes modernos sugere que os braquiópodes podem ser descendentes dos halkieriids , que se extinguiram no período Cambriano .

Estimando as datas dos organismos

A paleontologia busca mapear como os seres vivos mudaram ao longo do tempo. Um obstáculo substancial a esse objetivo é a dificuldade de descobrir quantos fósseis são antigos. As camas que preservam fósseis normalmente não possuem os elementos radioativos necessários para a datação radiométrica . Esta técnica é o nosso único meio de dar às rochas com mais de 50 milhões de anos uma idade absoluta e pode ter uma precisão de 0,5% ou mais. Embora a datação radiométrica exija um trabalho de laboratório muito cuidadoso, seu princípio básico é simples: as taxas nas quais vários elementos radioativos decaem são conhecidos e, portanto, a proporção do elemento radioativo para o elemento no qual ele decai mostra há quanto tempo o elemento radioativo foi incorporado na rocha. Elementos radioativos são comuns apenas em rochas de origem vulcânica e, portanto, as únicas rochas contendo fósseis que podem ser datadas radiometricamente são algumas camadas de cinzas vulcânicas.

Consequentemente, os paleontólogos geralmente dependem da estratigrafia para datar fósseis. A estratigrafia é a ciência de decifrar o "bolo de camadas" que é o registro sedimentar , e tem sido comparada a um quebra-cabeça . As rochas normalmente formam camadas relativamente horizontais, com cada camada mais jovem do que a inferior. Se um fóssil for encontrado entre duas camadas cujas idades são conhecidas, a idade do fóssil deve estar entre as duas idades conhecidas. Como as sequências de rochas não são contínuas, mas podem ser interrompidas por falhas ou períodos de erosão , é muito difícil combinar leitos rochosos que não estejam diretamente próximos um do outro. No entanto, fósseis de espécies que sobreviveram por um tempo relativamente curto podem ser usados ​​para ligar rochas isoladas: essa técnica é chamada de bioestratigrafia . Por exemplo, o conodonte Eoplacognathus pseudoplanus tem um alcance curto no período Ordoviciano Médio. Se forem encontrados vestígios de E. pseudoplanus em rochas de idade desconhecida , elas devem ter uma idade média do Ordoviciano. Esses fósseis de índice devem ser distintos, ser globalmente distribuídos e ter um curto intervalo de tempo para serem úteis. No entanto, resultados enganosos são produzidos se os fósseis do índice revelarem ter intervalos fósseis mais longos do que se pensava inicialmente. A estratigrafia e a bioestratigrafia podem, em geral, fornecer apenas datações relativas ( A era antes de B ), que muitas vezes é suficiente para estudar a evolução. No entanto, isso é difícil por alguns períodos de tempo, devido aos problemas envolvidos em combinar rochas da mesma idade em continentes diferentes .

Os relacionamentos da árvore genealógica também podem ajudar a diminuir a data em que as linhagens apareceram pela primeira vez. Por exemplo, se os fósseis de B ou C datam de X milhões de anos atrás e a "árvore genealógica" calculada diz que A era um ancestral de B e C, então A deve ter evoluído há mais de X milhões de anos.

Também é possível estimar há quanto tempo dois clados vivos divergiram - ou seja, aproximadamente há quanto tempo seu último ancestral comum deve ter vivido - assumindo que as mutações no DNA se acumulam a uma taxa constante. Esses " relógios moleculares ", no entanto, são falíveis e fornecem apenas um tempo muito aproximado: por exemplo, eles não são suficientemente precisos e confiáveis ​​para estimar quando os grupos que aparecem na explosão cambriana evoluíram pela primeira vez, e estimativas produzidas por diferentes técnicas podem variam por um fator de dois.

História de vida

Essa textura enrugada de "pele de elefante" é um vestígio fóssil de um tapete microbiano não estromatolítico . A imagem mostra o local, nos leitos Burgsvik da Suécia, onde a textura foi identificada pela primeira vez como evidência de um tapete microbiano.

A Terra se formou há cerca de 4.570  milhões de anos e, após uma colisão que formou a Lua cerca de 40 milhões de anos depois, pode ter esfriado com rapidez suficiente para ter oceanos e uma atmosfera há cerca de 4.440  milhões de anos . Há evidências na Lua de um pesado bombardeio tardio por asteróides de 4.000 a 3.800 milhões de anos atrás . Se, como parece provável, tal bombardeio atingiu a Terra ao mesmo tempo, a primeira atmosfera e os primeiros oceanos podem ter sido destruídos.

A paleontologia traça a história evolutiva da vida de mais de 3.000  milhões de anos atrás , possivelmente até 3.800  milhões de anos atrás . A mais antiga evidência clara de vida na Terra data de 3.000  milhões de anos atrás , embora haja relatos, muitas vezes contestados, de bactérias fósseis de 3.400  milhões de anos atrás e de evidências geoquímicas da presença de vida há 3.800  milhões de anos . Alguns cientistas propuseram que a vida na Terra foi "semeada" de outros lugares , mas a maioria das pesquisas se concentra em várias explicações de como a vida poderia ter surgido independentemente na Terra.

Por cerca de 2.000 milhões de anos , esteiras microbianas , colônias em várias camadas de diferentes bactérias, foram a vida dominante na Terra. A evolução da fotossíntese oxigenada permitiu-lhes desempenhar um papel importante na oxigenação da atmosfera há cerca de 2.400  milhões de anos . Essa mudança na atmosfera aumentou sua eficácia como berçários de evolução. Embora os eucariotos , células com estruturas internas complexas, possam ter estado presentes antes, sua evolução se acelerou quando eles adquiriram a capacidade de transformar o oxigênio de um veneno em uma poderosa fonte de energia metabólica . Essa inovação pode ter vindo de eucariotos primitivos que capturaram bactérias movidas a oxigênio como endossimbiontes e as transformaram em organelas chamadas mitocôndrias . As primeiras evidências de eucariotos complexos com organelas (como as mitocôndrias) datam de 1.850  milhões de anos atrás .

Opabinia despertou interesse moderno na explosão cambriana

A vida multicelular é composta apenas de células eucarióticas, e a primeira evidência disso são os fósseis do Grupo Franceviliano de 2.100  milhões de anos atrás , embora a especialização de células para diferentes funções apareça entre 1.430  milhões de anos atrás (um possível fungo) e 1.200  milhões de anos atrás (uma provável alga vermelha ). A reprodução sexual pode ser um pré-requisito para a especialização das células, pois um organismo multicelular assexuado pode correr o risco de ser dominado por células nocivas que retêm a capacidade de reprodução.

Os primeiros animais conhecidos são cnidários de cerca de 580  milhões de anos atrás , mas eles têm uma aparência tão moderna que devem ser descendentes de animais anteriores. Os primeiros fósseis de animais são raros porque não desenvolveram partes duras mineralizadas e facilmente fossilizáveis ​​até cerca de 548  milhões de anos atrás . Os primeiros animais bilaterianos de aparência moderna aparecem no início do Cambriano , junto com várias "maravilhas estranhas" que têm pouca semelhança óbvia com quaisquer animais modernos. Há um longo debate sobre se essa explosão cambriana foi realmente um período muito rápido de experimentação evolucionária; visões alternativas são que os animais de aparência moderna começaram a evoluir mais cedo, mas os fósseis de seus precursores ainda não foram encontrados, ou que as "maravilhas estranhas" são "tias" e "primos" evolutivos de grupos modernos. Os vertebrados permaneceram um grupo menor até que o primeiro peixe com mandíbula apareceu no Ordoviciano Superior .

Com cerca de 13 centímetros (5,1 pol.), O Yanoconodon do Cretáceo Inferior era mais comprido do que a média dos mamíferos da época

A propagação de animais e plantas da água para a terra exigiu organismos para resolver vários problemas, incluindo proteção contra o ressecamento e sustentação contra a gravidade . As primeiras evidências de plantas terrestres e invertebrados terrestres datam de cerca de 476  milhões de anos atrás e 490  milhões de anos atrás, respectivamente. Esses invertebrados, conforme indicado por seus vestígios e fósseis corporais, mostraram ser artrópodes conhecidos como euticarcinoides . A linhagem que produziu vertebrados terrestres evoluiu mais tarde, mas muito rapidamente entre 370  milhões de anos atrás e 360  milhões de anos atrás ; descobertas recentes derrubaram ideias anteriores sobre a história e as forças motrizes por trás de sua evolução. As plantas terrestres tiveram tanto sucesso que seus detritos causaram uma crise ecológica no Devoniano Superior , até a evolução dos fungos que podiam digerir a madeira morta.

Os pássaros são os únicos dinossauros sobreviventes

Durante o período Permiano , os sinapsídeos , incluindo os ancestrais dos mamíferos , podem ter dominado os ambientes terrestres, mas isso terminou com a extinção Permiano-Triássica há 251  milhões de anos , que esteve muito perto de exterminar toda a vida complexa. As extinções foram aparentemente bastante repentinas, pelo menos entre os vertebrados. Durante a lenta recuperação desta catástrofe, um grupo antes obscuro, os arcossauros , tornou-se os vertebrados terrestres mais abundantes e diversos. Um grupo de arcossauros, os dinossauros, foram os vertebrados terrestres dominantes para o resto do Mesozóico , e os pássaros evoluíram de um grupo de dinossauros. Durante esse tempo, os ancestrais dos mamíferos sobreviveram apenas como pequenos insetívoros , principalmente noturnos , o que pode ter acelerado o desenvolvimento de características dos mamíferos, como endotermia e cabelo. Depois que o evento de extinção Cretáceo-Paleógeno, 66  milhões de anos atrás, matou todos os dinossauros, exceto as aves, os mamíferos aumentaram rapidamente em tamanho e diversidade, e alguns alçaram vôo e o mar.

A evidência fóssil indica que as plantas com flores apareceram e se diversificaram rapidamente no Cretáceo Inferior entre 130  milhões de anos atrás e 90  milhões de anos atrás . Acredita-se que sua rápida ascensão ao domínio dos ecossistemas terrestres tenha sido impulsionada pela coevolução com insetos polinizadores . Os insetos sociais surgiram na mesma época e, embora representem apenas pequenas partes da "árvore genealógica" dos insetos, agora constituem mais de 50% da massa total de todos os insetos.

Os humanos evoluíram de uma linhagem de macacos que andam eretos, cujos fósseis mais antigos datam de mais de 6  milhões de anos atrás . Embora os primeiros membros dessa linhagem tivessem cérebros do tamanho de chimpanzés , cerca de 25% do tamanho dos humanos modernos, há sinais de um aumento constante no tamanho do cérebro após cerca de 3  milhões de anos atrás . Há um longo debate sobre se os humanos modernos são descendentes de uma única pequena população na África , que então migrou para todo o mundo há menos de 200.000 anos e substituiu as espécies hominíneas anteriores , ou surgiu ao mesmo tempo em todo o mundo como resultado de cruzamento .

Extinções em massa

Intensidade de extinção.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Intensidade de extinção marinha durante o Fanerozóico
%
Milhões de anos atrás
Intensidade de extinção.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Intensidade de extinção aparente, ou seja, a fração de gêneros em extinção em um determinado momento, conforme reconstruída a partir do registro fóssil (gráfico não pretende incluir a época recente do evento de extinção do Holoceno )

A vida na Terra sofreu extinções em massa ocasionais pelo menos desde 542  milhões de anos atrás . Apesar de seus efeitos desastrosos, as extinções em massa às vezes aceleraram a evolução da vida na Terra. Quando o domínio de um nicho ecológico passa de um grupo de organismos para outro, raramente é porque o novo grupo dominante supera o antigo, mas geralmente porque um evento de extinção permite que um novo grupo sobreviva ao antigo e se mova para seu nicho.

O registro fóssil parece mostrar que a taxa de extinção está diminuindo, com os intervalos entre as extinções em massa se tornando mais longos e as taxas médias e de fundo de extinção diminuindo. No entanto, não é certo se a taxa real de extinção se alterou, uma vez que ambas as observações podem ser explicadas de várias maneiras:

  • Os oceanos podem ter se tornado mais hospitaleiros para a vida nos últimos 500 milhões de anos e menos vulneráveis ​​a extinções em massa: o oxigênio dissolvido tornou-se mais disseminado e penetrou em maiores profundidades; o desenvolvimento da vida na terra reduziu o escoamento de nutrientes e, portanto, o risco de eutrofização e eventos anóxicos ; os ecossistemas marinhos tornaram-se mais diversificados, de modo que as cadeias alimentares eram menos propensas a serem interrompidas.
  • Fósseis razoavelmente completos são muito raros: a maioria dos organismos extintos é representada apenas por fósseis parciais, e fósseis completos são mais raros nas rochas mais antigas. Portanto, os paleontólogos atribuíram erroneamente partes do mesmo organismo a diferentes gêneros , que muitas vezes eram definidos apenas para acomodar essas descobertas - a história de Anomalocaris é um exemplo disso. O risco desse erro é maior para fósseis mais antigos, porque muitas vezes são diferentes de partes de qualquer organismo vivo. Muitos gêneros "supérfluos" são representados por fragmentos que não são encontrados novamente, e esses gêneros "supérfluos" são interpretados como se extinguindo muito rapidamente.
Todos os gêneros
Gêneros "bem definidos"
Linha de tendência
Outras extinções em massa
Milhões de anos atrás
Milhares de gêneros
Biodiversidade fanerozóica, conforme mostrado pelo registro fóssil

Biodiversidade no registro fóssil, que é

"o número de gêneros distintos vivos em um determinado momento; isto é, aqueles cuja primeira ocorrência é anterior e cuja última ocorrência é posterior àquela época"

mostra uma tendência diferente: um aumento bastante rápido de 542 para 400 milhões de anos atrás , um ligeiro declínio de 400 para 200 milhões de anos atrás , em que o evento devastador de extinção Permiano-Triássico é um fator importante, e um rápido aumento de 200  milhões de anos atrás para o presente.

História

Esta ilustração de uma mandíbula de elefante indiano e uma mandíbula de mamute (topo) é do artigo de Cuvier de 1796 sobre elefantes vivos e fósseis.

Embora a paleontologia tenha se estabelecido por volta de 1800, pensadores anteriores haviam notado aspectos do registro fóssil . O antigo filósofo grego Xenófanes (570–480 aC) concluiu, a partir de conchas marinhas fósseis, que algumas áreas de terra já estiveram submersas. Durante a Idade Média, o naturalista persa Ibn Sina , conhecido como Avicena na Europa, discutiu os fósseis e propôs uma teoria dos fluidos petrificantes sobre a qual Alberto da Saxônia elaborou no século 14. O naturalista chinês Shen Kuo (1031–1095) propôs uma teoria das mudanças climáticas com base na presença de bambu petrificado em regiões que, em sua época, eram muito secas para o bambu.

No início da Europa moderna , o estudo sistemático de fósseis surgiu como parte integrante das mudanças na filosofia natural que ocorreram durante a Idade da Razão . Na Renascença italiana, Leonardo da Vinci fez várias contribuições significativas para o campo, além de representar numerosos fósseis. As contribuições de Leonardo são centrais para a história da paleontologia porque ele estabeleceu uma linha de continuidade entre os dois ramos principais da paleontologia - a icnologia e a paleontologia do corpo fóssil. Ele identificou o seguinte:

  1. A natureza biogênica dos icnofósseis, ou seja, os icnofósseis eram estruturas deixadas por organismos vivos;
  2. A utilidade dos icnofósseis como ferramentas paleoambientais - certos icnofósseis mostram a origem marinha dos estratos rochosos;
  3. A importância da abordagem neoicnológica - vestígios recentes são a chave para a compreensão dos icnofósseis;
  4. A independência e evidência complementar de icnofósseis e fósseis corporais - os icnofósseis são distintos dos fósseis corporais, mas podem ser integrados aos fósseis corporais para fornecer informações paleontológicas

No final do século XVIII, o trabalho de Georges Cuvier estabeleceu a anatomia comparada como disciplina científica e, ao provar que alguns animais fósseis não se assemelhavam a nenhum vivo, demonstrou que os animais podiam se extinguir , levando ao surgimento da paleontologia. A expansão do conhecimento do registro fóssil também desempenhou um papel crescente no desenvolvimento da geologia, particularmente da estratigrafia .

Primeira menção da palavra palæontologie , cunhada em janeiro de 1822 por Henri Marie Ducrotay de Blainville em seu Journal de physique .

A primeira metade do século 19 viu a atividade geológica e paleontológica tornar-se cada vez mais bem organizada com o crescimento de sociedades geológicas e museus e um número crescente de geólogos profissionais e especialistas em fósseis. O interesse aumentou por razões que não eram puramente científicas, já que a geologia e a paleontologia ajudaram os industriais a encontrar e explorar recursos naturais como o carvão. Isso contribuiu para um rápido aumento do conhecimento sobre a história da vida na Terra e para o progresso na definição da escala de tempo geológica , amplamente baseada em evidências fósseis. Em 1822, Henri Marie Ducrotay de Blainville , editor do Journal de Physique , cunhou a palavra "paleontologia" para se referir ao estudo de antigos organismos vivos por meio de fósseis. À medida que o conhecimento da história da vida continuava a melhorar, tornou-se cada vez mais óbvio que havia algum tipo de ordem sucessiva para o desenvolvimento da vida. Isso encorajou as primeiras teorias evolucionárias sobre a transmutação das espécies . Depois que Charles Darwin publicou Origin of Species em 1859, muito do foco da paleontologia mudou para a compreensão dos caminhos evolutivos , incluindo a evolução humana e a teoria evolutiva.

Haikouichthys , de cerca de 518  milhões de anos atrás na China, pode ser o primeiro peixe conhecido

A última metade do século 19 viu uma grande expansão na atividade paleontológica, especialmente na América do Norte. A tendência continuou no século 20, com regiões adicionais da Terra sendo abertas à coleta sistemática de fósseis. Os fósseis encontrados na China perto do final do século 20 foram particularmente importantes, pois forneceram novas informações sobre a evolução inicial dos animais, dos primeiros peixes, dos dinossauros e da evolução dos pássaros. As últimas décadas do século 20 testemunharam um interesse renovado nas extinções em massa e seu papel na evolução da vida na Terra. Houve também um interesse renovado na explosão cambriana que aparentemente viu o desenvolvimento dos planos corporais da maioria dos filos animais . A descoberta de fósseis da biota ediacariana e os desenvolvimentos na paleobiologia ampliaram o conhecimento sobre a história da vida muito antes do Cambriano.

O aumento da consciência do trabalho pioneiro de Gregor Mendel em genética levou primeiro ao desenvolvimento da genética populacional e, em seguida, em meados do século 20 à síntese evolutiva moderna , que explica a evolução como o resultado de eventos como mutações e transferência horizontal de genes , que fornecem variação genética , com deriva genética e seleção natural conduzindo mudanças nesta variação ao longo do tempo. Nos anos seguintes, o papel e a operação do DNA na herança genética foram descobertos, levando ao que agora é conhecido como o "Dogma Central" da biologia molecular . Na filogenética molecular da década de 1960 , a investigação das "árvores genealógicas" evolucionárias por meio de técnicas derivadas da bioquímica , começou a ter impacto, particularmente quando foi proposto que a linhagem humana havia divergido dos macacos muito mais recentemente do que geralmente se pensava na época. Embora esse estudo inicial comparasse proteínas de macacos e humanos, a maioria das pesquisas de filogenética molecular agora se baseia em comparações de RNA e DNA .

Veja também

Referências

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