Origens – Parte I (Éden Africano)

Conjunto de 3 posts sobre a grande jornada do clado africano dos hominoides. Nesta primeira parte alguns conceitos de biologia evolutiva importantes e a história do nosso primeiro registo no nosso ramo evolutivo.

A biologia moderna está fortemente apoiada no conceito da evolução das espécies, e entende-se que cada ser vivo compartilha ancestrais em maior ou menor grau com os demais seres vivos. Uma forma encontrada para mostrar estas relações entre os seres vivos são representações gráficas denominadas “cladogramas” ou “árvores filogenéticas”. Os cladogramas correspondem a hipóteses sobre a evolução de grupos de organismos, e seu uso, além de permitir trabalhar o conceito de ancestralidade comum.

Figura 1 – A análise filogenética resulta de uma hipótese de relações de parentesco expressa por um cladograma. O cladograma pode ser dividido em : A) Raiz (ramo ancestral de uma análise) ; B) Nós (localizados na divisão de um ramo em dois ou mais. Representam entidades hipotéticas); C) Ramos (representam cada linhagem evolutiva) e D) Terminais (grupos que estão a ser analisados).

De acordo com a metodologia da sistemática filogenética (escola criada pelo etomólogo alemão Willi Henning) um carácter é uma conjetura de homologia (no sentido evolutivo) e o sua consequente confirmação (ou não) é feita através da árvore filogenética.

Microevolução e macroevolução

A expressão microevolução (evolução à escala micro) refere-se às mudanças que ocorrem no interior das espécies, ou seja, entre as populações que a compõem. Tem a ver com a vida de uma espécie (decorre do ponto D – terminal, Foto 1, na árvore filogenética). A expressão macroevolução (evolução à escala macro) é usada pelos paleontólogos e refere-se à história evolutiva das linhagem, como os ruminantes, primatas, etc (árvore filogenética da Figura 1). Esta evolução conta-se por milhões de anos e não por gerações.

Origens da Humanidade

As alterações verificadas no clima da Terra ao longo do tempo estão relacionadas com a origem e evolução do Homem, além de terem criado condições para a sua migração para toda o planeta. Ao longo dos últimos séculos têm sido descobertas pistas que permitem uma imagem inacabada desta origem e evolução do Homem. Vou fazer uma viagem resumida nesta imagem tendo presente à partida as noções de filogenia, micro e macroevolução e outros conceitos que vou explorar à media que for explorando esta imagem da origem humana.

No Deserto do Afar

A bacia do Afar é onde está neste momento a ocorrer os estádios precoces do ciclo de Wilson que correspondem à chamada fase de rifte intracontinental. A dinâmica do interior da Terra nesta região tem levado a um processo de divergência – Rifte do Leste Africano. Nesta região instável da litosfera, os vulcões, os sismos e a lenta acumulação de sedimentos convergiram entre si para enterrar as ossadas e, muito mais tarde, devolveram-nas às superfície sob a forma de fósseis.

Em 2009 os investigadores do projeto Middle Awash, anunciaram ao mundo um achado: a descoberta do esqueleto de um membro da família humana com 4,4 Ma num local denominado Aramis, a cerca de trinta quilómetros a norte do lago Yardi. Os primeiros fósseis atribuídos à nossa linhagem têm entre 7 Ma, quando muito, e um pouco menos de 4,5 Ma. Vieram na Etiópia, no Quénia e no Chade, em locais que eram florestas tropicais e que hoje são terrenos áridos.

Aos vestígios fósseis descritos, os paleoantropólogos chamaram de «ardipitecos», porque os esqueletos, porque o esqueleto mais completo encontrado, que recebeu o nome de Ardi, é de uma fêmea da espécie Ardipithecus ramidus.

Percebe-se por este esqueleto que os ardipitecos tinham uma vida passada nas árvores, com braços muito compridos (mais do que as pernas), e muito fortes. Os dentes, comparáveis aos dos chimpanzés em tamanho e em espessura do esmalte, indicam um nicho ecológico que não seria muito diferente. Os ardipitecos raramente desceriam ao solo e faziam-no menos que os gorilas e ainda menos que os chimpanzés. Eram, segundo o paleontólogo Juan Luís Arsuaga, habitantes do dossel arbóreo.

O registo da linhagem humana, a sua macroevolução, iniciada em África recua até cerca de 7 Ma, Figura 2.

Figura 2 – A Família Humana. Árvore filogenética (Science, 2009). Além de Ardi, os estratos existentes no Afar representam outros 14 períodos cronológicos diferentes e já proporcionaram a descoberta de hominídeos, desde formas ainda mais antigas e primitivas do que o Ardipithecus ramidus até representantes primitivos do Homo sapiens.

Em 1978 foram descobertas pegadas fossilizadas em Laetoli (Tanzânia), que evidenciam marcas de bipedismo. Encontram-se preservadas num nível de cinzas vulcânicas, provenientes do vulcão Sadiman, a 20 km de distância. As cinzas foram consolidadas por água proveniente da chuva, que não destruiu as pegadas. Este nível foi descoberto, posteriormente por mais cinza. Datações com K/Ar permitiram concluir que o nível se formou há 3,6 Ma. durante o pliocénico, Figura 3.

Figura 3 – O primeiro passo na nossa linha evolutiva, Ardipithecus, com uma parte do seu pé no passado e outra no futuro, caninos já reduzidos, habitando as florestas foi substituído por uma segunda etapa, Australopithecus, ainda com cérebros pequenos mas totalmente bípedes, já não limitados à floresta e com um território que geograficamente se prolongava do Rifte Africano na região da Etiópia até ao Transval, na África do Sul.

Os primeiros bípedes

Os primeiros dos nossos que não oferecem dúvidas sobre a sua filiação são os Australopitecos que viveram desde há mais 4 Ma e até há menos de 2 Ma, numa parte considerável de África. O fóssil mais famoso de um australopiteco é um esqueleto batizado Lucy, uma fêmea de Australopithecus aferensis que viveu onde é hoje a Etiópia. Um outro esqueleto descoberto, também de fêmea, muito mais completo, encontrado na África do Sul e batizado Little Foot.

Não restam dúvidas de que os australopitecos são da nossa própria linhagem, porque a postura era completamente bípede e, no essencial, igual à postura humana atual, com todas as adaptações que tornam possível este tipo e locomoção.

Passavam uma parte considerável do seu tempo nas copas das  árvores, onde consumiriam frutas maduras e estariam a salvo do perigos. Parte da dieta era também obtida em meios menos florestais e mais abertos. Tudo isto faz pensar que o habitat dos australopitecos tenha sido o das florestas fragmentadas, ou seja, um mosaico ecológico. Os antepassados dos gorilas e chimpanzés, permaneceram nas florestas tropicais e contínuas, sem grandes clareiras, da cintura tropical africana, onde os seus descendentes continuam a viver.

A especiação consiste na divisão de uma espécie em duas ou mais espécies, não muito diferentes entre si, que ecologicamente ocupam subzonas adaptativas próximas, nichos muito semelhantes.

Os genomas dos chimpanzés, gorilas e seres humanos, os membros do clado africano dos hominoides, são muito semelhantes, de tal modo que o último antepassado comum (Ponto A – Raiz) não deve estar muito afastado no tempo. Viveu em África há 10 Ma, ou até menos, mas no Mioceno. A linha dos gorilas afastou-se primeiro, mas quase imediatamente separaram-se os chimpanzés e os seres humanos. Há, aproximadamente, 2 milhões de anos, os chimpanzés dividiram-se em duas espécies separadas pelo Rio Congo: os chimpanzés comuns e bonobos.

O último antepassado comum de gorilas, chimpanzés e humanos não era nada parecido com nenhum deles. A partir do último antepassado comum, temos mudado muito (evoluído) nas três linhas.      

Fontes Consultadas

Vida a Grande História – Juan Luis Arsuaga (Temas e Debates, Círculo Leitores)

https://www.sciencemag.org/news/2020/04/lucy-s-baby-suggests-famed-human-ancestor-had-primitive-brain

Selaginela

O sucesso das plantas na exploração de ambientes terrestres ocorreu por mudanças graduais de estrutura, verificando-se mesmo que o aumento da complexidade e, consequentemente, de diversidade abre novas perspetivas de adaptação às condições do meio.

Cabo Mondego (2020)A-43

Selaginela (Selaginella denticulata)

Reino das Plantas e Evolução

Possivelmente há mais de 400 M.a. um ancestral das plantas evoluiu do ambiente aquático para o ambiente terrestre, Figura 1.

Galeria da Biodiversidade (Porto) - Evolução das Plantas

Figura 1 – A primeira fase da evolução das plantas relaciona-se com a sua origem no Paleozoico a partir de ancestrais aquáticos, provavelmente algas verdes multicelulares. De acordo com os estádios de evolução verificados a nível da estrutura, nesta primeira fase pode considerar-se a emergência de dois grupos distintos de plantas:  grupo pouco diferenciado que não apresentam, em regra, tecidos condutores para a circulação da água e outras substâncias (ancestrais das Briófitas atuais) e um grupo de plantas vasculares que apresentam tecidos condutores e uma maior diferenciação morfológica. Numa segunda fase, surgiram as plantas vasculares com sementes e ainda mais tarde, numa terceira fase, apareceram as plantas com flor.

A invasão da terra pelas plantas, no decurso da evolução, só pode ter ocorrido com a aquisição de características capazes de permitir a vida de organismos em novas condições ambientais.

Em ambiente terrestre a secura do ar constitui para as plantas uma condição limitante. A passagem ao meio terrestre foi acompanhada pelo desenvolvimento de estruturas importantes no que respeita ao controlo das perdas de água por evaporação e das trocas gasosas com a atmosfera. A diferenciação de tecidos especializados no transporte (vasculares) foi de enorme importância na evolução das plantas terrestres, relacionando-se com o aparecimento e o sucesso de plantas de grande porte.

Plantas Vasculares sem semente

As plantas vasculares sem semente reproduzem-se e dispersam-se por esporos. Compreendem os fetos e outras plantas com elas relacionadas designadas em inglês por fern allies. São tradicionalmente designadas por plantas “criptogâmicas” (do grego Kriptos – escondida + gamos – união), mas pel facto de já possuírem tecidos vasculares (xilema e floema), são designadas por criptogâmicas vasculares. Estas plantas, das quais se conhecem os primeiros registos fósseis do Silúrico (Cooksonia), foram parte predominante da vegetação da Terra durante milhões de anos, constituindo grandes florestas que cobriam a Terra no Carbonífero.

O Phyllum Lycophyta (Licófitas) inclui o género Selaginella (Foto1)

Cabo Mondego (2020)A-43

Foto 1 – Na Selaginella a parte vegetativa é constituída por um caule ramificado que cresce junto ao solo (caule prostado). As folhas são pequenas e inserem-se alternadamente, aos pares, ao longo do caule. De pequenos prolongamentos do caule, alongados para o solo, nascem raízes.

O Phyllum Lycophyta (Licófitas) inclui o género Selaginella, e é representativo de uma linha evolutiva pertencente ao Devónico. Embora todos os representantes atuais sejam plantas de pequeno porte, no Carbonífero dominaram grandes árvores, algumas com engrossamento secundário, caso do Lepidodendron. Todas as licofitas fósseis e atuais possuem microfilos. Também o aparecimento de verdadeiras raízes contrasta com os musgos (Filo Briófita), possibilitando às plantas deste filo para além de um ancoramento mais sólido e uma absorção mais eficiente.

É nesta planta, de pequenas dimensões, que se vão formar esporos, dentro de esporângios que se diferenciam em ramos particulares  –  os estróbilos – os quais se mantêm erectos. Na Selaginella, a diferenciação estrutural entre micrósporos e macrósporos está relacionada com a atividade próprias de cada um deles (planta heterospórica). Quando comparada com os fetos, na Selaginella ocorre uma maior diferenciação do gametófito, já que existem separadamente os gametófitos femininos e masculinos, o que resulta da existência de dois tipos de esporos, Figura 2.

Selaginella

A importância da heterosporia no desenvolvimento destas plantas reside na maior proteção do gametófito feminino e do embrião, dispondo este, também, de abundantes reservas alimentares, até que a jovem planta esteja em condições de produzir o seu próprio alimento.    Os esporângios nascem na axila de microfilos férteis designados por esporofilos. Em muitas das plantas deste filo há ramos férteis onde os esporofilos se agrupam constituindo os estróbilos.

Na Selaginela a heterosporia tem um significado especial nas plantas terrestres porque é uma condição necessária para o aparecimento da semente. Das plantas vasculares existentes pensa-se que a Selaginella, por razões ainda pouco compreendidas, terá sido das primeiras a exibir heterosporia, facto que poderá ter sido o “pontapé de saída” para a formação da semente, que nesta planta já tem alguma expressão.

Ciclos de Vida

Parte I

Parte II

 

 

 

 

Estudos de paleoclimas a partir da análise de foraminíferos

Os foraminíferos planctónicos são organismos unicelulares eucariotas pertencentes aos protozoários rizópodes. Fazem parte do plâncton marinho, constituindo uma pequena percentagem do total de zooplâncton vivo. Os foraminíferos planctónicos são caracterizados pela presença de uma concha mineralizada formada por uma sucessão de câmaras comunicantes entre si. Após a morte do organismo, as conchas vazias são depositadas no fundo oceânico em regiões de alta produtividade, contribuindo substancialmente para os sedimentos.

A contribuição para os sedimentos marinhos e a sua ampla ocorrência nos oceanos atuais, faz com que estes organismos sejam especialmente importantes no estudo dos ecossistemas marinhos passados e presentes.

O vasto conjunto de condicionantes hidrológicas e ecológicas que caracterizam a presença dos foraminíferos em ambiente pelágico, favorece mecanismos adaptativos particulares, que potenciam a sobrevivência e levam a um elevado grau de sucesso reprodutivo, assegurando a continuidade das espécies.

Foraminíferos (Mondego)

Estudos de paleoclimas a partir da análise de foraminíferos –  Neogloboquadrina pachyderma é um foraminífero abundante em águas frias mas que também pode aparecer em águas tropicais. A concha deste foraminífero pode enrolar de duas maneiras: para a esquerda, quando o ser vivo habita águas frias e para a direita, quando habita águas quentes. Esta característica é utilizada para estudar paleoclimas. Quando a Terra passa por um temperaturas frias, a temperatura da água dos oceanos desce e a Neogloboquadrina pachyderma produz conchas a enrolar para a esquerda. Em alternativa, durante períodos de elevada temperatura, a temperatura dos oceanos sobe e a Neogloboquadrina pachyderma produz conchas que enrolam para a direita.

Cerca de 90% das espécies de foraminíferos identificadas são fósseis. Os foraminíferos planctónicos desenvolveram-se inicialmente no fim do Jurássico, como formas simples e pequenas, semelhantes às Globigerina. Estas formas aparentemente insignificantes, mostraram uma enorme evolução no Cretácico. O conhecimento atual de foraminíferos planctónicos modernos é baseado em quarenta e quatro espécies, entre as quais. aproximadamente vinte e uma são as mais comuns nos oceanos. Estas espécies encontram-se agrupadas em duas famílias: Globigerinidae (formas espinhosas) e as Globorotaliidae (formas não espinhosas), com subcategorias baseadas na morfologia da concha e características biológicas.

Os foraminíferos planctónicos encontram-se em regimes oceânicos diversos: desde águas tropicais e subtropicais até a águas polares. Encontram-se mais adaptados à vida em zonas oceânicas, ocorrendo geralmente em águas marinhas de salinidade normal. Habitam maioritariamente na zona eufótica, uma vez que a maioria dos recursos alimentares ocorrem nos primeiros 200 m da coluna de água, mas descem a vários milhares de metros para águas mais profundas. De acordo com a morfologia da concha, existência de simbiontes, ornamentação superficial e ciclo reprodutivo, entre outros, muitas espécies têm profundidades preferenciais (estratificação), realizando migrações verticais extensas no seu ciclo de vida. Devido à complexidade e diversidade de habitats, os foraminíferos, demonstram uma elevada biodiversidade e abundância como efeito das suas diferentes necessidades ecológicas.

Os foraminíferos segregam uma concha, geralmente de natureza calcária. Se tiveram apenas uma câmara cilíndrica, crescem continuamente e denominam-se uniloculares. Pelo contrário, os organismos com várias câmaras (multiloculares) apresentam um crescimento descontínuo, correspondendo cada câmara a um período de crescimento. Estas espécies iniciam a sua vida com uma única câmara, o proculum, e à medida que o protozoário aumenta o seu tamanho, o protoplasma flui através de uma abertura na primeira câmara segregando um novo compartimento. Este processo é contínuo ao longo da sua vida e resulta na formação de uma série de câmaras, sendo cada compartimento maior do que os precedentes. Pensa-se que a função da concha seja múltipla, nomeadamente de protecção, tanto de predadores como de condições ambientais desfavoráveis e controlo da flutuabilidade e estabilidade do organismo.

Atividade Prática 

A partir da análise destes foraminíferos, recolhidos na mesma bacia de sedimentação, é possível de estudar a variação da temperatura no local durante os últimos 160 000 anos.

Procedimento

  1. Completa a tabela 2. Para isso vais utilizar os dados do anexo 1 para os primeiros 40 000 anos, os restantes já foram colocados na tabela.
  2. Constrói um gráfico 3 com os resultados obtidos. No eixo vertical deves colocar as idades e no eixo horizontal a percentagem de foraminíferos que enrolam para a direita.
  3. Analisa o gráfico e descreve a variação da temperatura no local ao longo deste 160 000 anos.

Atividade prática

Referências

Allen, K., Roberts, S., & Murray, J.W. (1999). Marginal marine agglutinated foraminifera: affinities for mineral phases. Journal of Micropalaeontology, 18(2), 183-191.

Darling, K.F., Kucera, M., Kroon, D., & Wade, C.M. (2006). A resolution for the coiling direction paradox in. Neogloboquadrina pachyderma Paleoceanography, 21.

Kaminski, M.A., Armitage, D.A., Jones, A.P. & Coccioni, R. (2008). Shocked diamonds in agglutinated foraminifera from the Cretaceous/Paleogene Boundary, Italy-a preliminary report. Grzybowski Foundation Special Publication, 13, 57-61.

Knudsen, K.L., Eiríksson, J., Jansen, E., Jiang, H., Rytter, F., & Gudmundsdóttir, E.R. (2004). Palaeoceanographic changes off North Iceland through the last 1200 years: foraminifera, stable isotopes, diatoms and ice rafted debris. Quaternary Science Reviews, 23(20), 2231-2246.

Linke, P., & Lutze, G.F. (1993). Microhabitat preferences of benthic foraminifera—a static concept or a dynamic adaptation to optimize food acquisition?. Marine Micropaleontology, 20(3-4), 215-234.

Loeblich, A.R., & Tappan, H. (1989). Implications of wall composition and structure in agglutinated foraminifers. Journal of Paleontology, 63(06), 769-777.

Thibault De Chanvalon, A., Metzger, E., Mouret, A., Cesbron, F., Knoery, J., Rozuel, E., Launeau, P., Nardelli, M.P., Jorissen, F.J., & Geslin, E. (2015) Two-dimensional distribution of living benthic foraminifera in anoxic sediment layers of an estuarine mudflat (Loire estuary, France). Biogeosciences 12(20), 6219-6234.

https://ucmp.berkeley.edu/fosrec/Olson2.html#TABLE2

 

Scala Naturae

Até ao final do século XVIII considerava-se que as “espécies naturais” eram imutáveis desde a criação, e que se podiam ordenar numa escala de perfeição crescente desde os minerais até ao Homem ( e acima deles, os anjos), numa Grande Cadeia de Seres (ou Scala Naturae).

Cão

Galeria da Biodiversidade (Porto) – Um espaço onde a arte se cruza com a biologia e a história natural, estimulando uma panóplia de experiências sensoriais, propositada e cuidadosamente concebidas para celebrar a diversidade da vida, a Galeria da Biodiversidade é o primeiro espaço museológico do mundo criado de raiz segundo a filosofia da museologia total. (https://mhnc.up.pt/galeria-da-biodiversidade/)

Carl Von Linne ou Lineu (1707-1778), ao criar o sistema binominal de nomenclatura científica que ainda é utilizado,  mostrou que a ideia de uma cadeia única não estava de acordo com os factos. Dá-se o nome de nomenclatura ao conjunto de regras utilizadas na designação dos taxa (níveis taxonómicos). Algumas das regras de nomenclatura atualmente utilizadas foram inicialmente propostas por Lineu. Uma das mais importantes é a nomenclatura binominal, que acabou por substituir complicadas designações polinominais na designação da espécie. Cada espécie passou a ser designada por dois termos, por exemplo, Canis lupus (lobo), assumindo cada um deles um significado definido. O primeiro indica o nome do género (Canis) a que a espécie pertence, devendo ser iniciado por maiúscula. Este nome pode ser usado isoladamente para designar o género. O segundo- restritivo ou epíteto específico – complementará sempre o primeiro, de forma a identificar determinada espécie dentro desse género, devendo ser integralmente escrito em minúsculas. O nome da espécie, habitualmente impresso em itálico, deverá ser sublinhado quando manuscrito. A designação do género e da espécie, bem como de outras categorias taxonómicas, é, por convenção, expressa em latim, o que garante a estabilidade e a universalidade desta nomenclatura.

O nome do autor e a data da classificação poderão estar associados ao nome da espécie, daí resultando uma classificação mais completa. Neste caso, o nome do classificador pode ser escrito por extenso ou, se abreviado (Gadus morhua Linn.), imediatamente a seguir à designação da espécie sem interposição de qualquer sinal ortográfico, escrevendo-se a data após uma vírgula.

 

É a Lineu que se deve um dos primeiros sistemas de classificação com um grau de estruturação assinalável. Estes sistemas apesar de terem evoluído e de se terem diversificado mantêm parte da hierarquização proposta por Lineu. Nestes, os grupos hieraquicamente relacionados, categorias taxonómicas, níveis taxonómicos ou taxa (plural de taxon), tornam evidente o grau de semelhança entre eles.

A categoria mais restrita, entendida como unidade biológica de classificação e agrupamento natural, com menor capacidade de inclusão, mas mais uniforme, é a espécie. O reino é a categoria mais abrangente ou com maior amplitude, sendo por isso mais heterogénea. Entre estes dois extremos consideram-se o género, a família, a ordem, a classe e o filo (divisão nas plantas), sendo que um género agrupa espécies semelhantes, uma família géneros semelhantes, etc. Assim, ao longo desta hierarquia (da espécie para o reino) vai aumentando o grau de parentesco entre eles.

A possibilidade desta classificação hierárquica, em que conjuntos de organismos são obviamente mais semelhantes entre si do que outros conjuntos, não suporta a ideia da Scala Naturae.

No tempo de Darwin, a classificação lineana era aceite, mas não tinha explicação.

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