TO GET FOSSIL GUTS, EXTREME CHEMISTRY NEEDED. (comentado)

Eyes, guts and gills rarely show up in the rock record. Bacteria are so ardent and ubiquitous that they eat away soft tissue long before sediment can turn to stone. Typically only shells, bones and teeth endure.

And yet paleontologists have discovered troves of exquisite fossils of entirely soft-bodied animals, such as the four-eyed arthropod Leanchoilia (above), that lived half a billion years ago. How can that be?

It turns out that the chemical makeup of the ocean half a billion years ago was very different than it is today. This period of extreme ocean chemistry stymied hungry bacteria and hindered decay — granting humanity insight into a stage of our early ancestry that otherwise would have been lost to us forever.

Take Leanchoilia. It is just one of dozens of curious creatures, without skeletons or other hard parts, that represent the immediate aftermath of the Cambrian Explosion, the rapid flowering of complex life from our single-celled ancestors.

For more than a century since Leanchoilia and other soft-bodied creatures were first discovered in the famous Burgess Shale of British Columbia, scientists have wondered what made this peculiar preservation possible. The problem has been identifying conditions unique to that time period, explains Tim Lyons, a biogeochemist at the University of California, Riverside.

Now, a team led by paleontologist Robert Gaines of Pomona College in Claremont, Calif., has identified a striking global pattern of seawater chemistry that could finally explain how Leanchoilia and its contemporaries eluded decay. Their new interpretation, published in Proceedings of the National Academies of Science, entails three special conditions that came together to keep hungry bacteria at bay: a dearth of oxygen, not much sulfate and a surplus of calcium carbonate.

Based on this latest evidence, here is how Leanchoilias remarkable preservation may have played out, step-by-step:

1. DEARTH OF OXYGEN

The first special condition working in Leanchoilias favor was a dearth of oxygen in and near the seabed, where a storm or underwater avalanche quickly buried the creature’s lifeless body in soft, gooey mud. So, oxygen-loving bacteria — the fervent decomposers that dominate the entire ocean and seabed today — weren’t much of a threat. (Gaines and his colleagues knew this from previous studies.)

2. NOT MUCH SULFATE

A second plus for Leanchoilia‘s preservation was an apparent scarcity of sulfate in the overlying seawater. This special chemistry suggests a second line of potential bacterial attackers were also starved of energy.

Evidence for low sulfate turned up when Gaines’ team analyzed the sulfur chemistry of Burgess Shale-type sediments from six locations around the world. That discovery is critical, because plenty of bacteria would have been perfectly happy to use sulfate instead of oxygen to fuel their dirty work, Lyons explains. As he noted in a commentary on the new study, sulfate is a common constituent of modern seawater, and in many marine settings, sulfate-loving bacteria wreak as much rot as the oxygen-dependent varieties do. In Leanchoilia‘s days, though, it seems both types were struggling.

Still, even a slim supply of sulfate diffusing into the sediment could have activated enough decay to consume all traces of its body long before its muddy shroud turned to rock, Lyons says. That suggests a third line of chemical defense must have hindered hungry microbes.

3. SURPLUS OF CALCIUM CARBONATE 

Soon after Leanchoilia’s haphazard burial, a thin layer of calcium carbonate formed on the seafloor, sealing the entombed creature — and any resident bacteria — away from the seawater above. In other words, a cement barrier cut off the near-starving, sulfate-dependent microbes from their only meager energy supply.

Earlier studies had indicated that seawater packed a much higher dose of calcium carbonate during the Cambrian than it does today. But Gaines’ team was first to locate direct evidence of actual carbonate layers within fossil-laden sediments. They found the telltale layers in two new drill cores they recovered from the Chengjiang deposit, a stack of Burgess Shale-type sediments in China’s Yunnan province.

To acquire those enlightening cores, Gaines lived for five weeks in an abandoned chicken coop as he oversaw the drilling operation in Yunnan. It may not have been the ideal campsite, but Gaines says “it was totally worth it” for the chance to discover that the world’s most famous fossils are the product of a triple-decker dose of extreme ocean chemistry.

Fonte: Discovery News

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Resenha do autor

Novas descobertas trazem mais novidades a respeito da explosão Cambriana e o processo de fossilização de sua fauna.

Paleontólogos descobriram fósseis com diversas partes moles extremamente preservados, como é o caso do artrópode Leanchoilia que viveu meio bilhão de anos atrás.
Acontece que a composição química dos oceanos Cambriânicos eram muito diferentes das atuais. Isso bloqueou a atividade bacteriana e portanto, a decomposição das partes moles do corpo.

A Leanchoilia representa uma das dezenas de criaturas sem esqueletos ou partes duras que foram preservadas após a explosão Cambriana.

Por mais de um século, a Leanchoilia e outras criaturas de corpo mole foram descobertas em diversos sítios paleontológicos em todo o mundo e somente agora foi possível identificar as condições exatas e únicas para que esse processo ocorresse.

Uma equipe liderada pelo paleontólogo Robert Gaines da Pomona College, em Claremont na Califórnia identificou um padrão químico global na água do mar cambrianico que pode finalmente explicar como animais como a Leanchoilia e seus contemporâneos foram preservados. Essa descoberta foi publicada na Proceedings of National Academies of Science e mostra três condições essenciais para cessar a atividade das bactérias decompositoras; a ausência de oxigênio, o sulfato sem estar em excesso ou absolutamente ausente e a presença de carbonato de cálcio.

A ausência de oxigênio no fundo do mar é um fator fundamental na fossilização. É preciso que não haja oxigênio após o soterramento do animal morto na lama do fundo do mar. Isso porque o oxigênio é usado no metabolismo das bactérias, que atuam decompondo exatamente nas partes moldes do animal.

Outra característica é a aparente escassez de sulfato na água do mar. Isso porque existem bactérias que utilizam o sulfato em vez de oxigênio para realizar a decomposição.

O sulfato é um constituinte comum na água dos mares modernos. Em muitos ambientes marinhos o sulfato é mais usado pelas bactérias do que o próprio oxigênio na atividade metabólica/decompositora.

Ainda assim, a baixa concentração de sulfato poderia desencadear a decomposição lenta do animal soterrado na lama dos mares Cambriânicos. Então, ainda sim a presença mínima de sulfato poderia permitir que as bactérias ainda sim executassem sua tarefa, exceto pela presença também do carbonato de cálcio.

A presença de carbonato de cálcio em grandes concentrações pode então formar uma barreira de cimento que corta o suprimento de sulfato das bactérias que estão atuando na decomposição. As bactérias então morrem e a decomposição para, assim os processos de fossilização podem ocorrer nos milhares de anos seguintes preservando inclusive tecidos moles.

Estudos anteriores tinham indicado que a água do mar do Cambriano tinha uma concentração de carbonato de cálcio muito grande. Gaines foi o primeiro a identificar evidencias diretas que corroboram que essa concentração era realmente maior que as atuais. Isso fica evidente dentro dos fósseis pertencentes ao período em questão.

A presença dessas altas concentrações de carbonato de cálcio também foi incorporada nesses organismos ainda vivos e foi utilizada para criar as primeiras estruturas rígidas do corpo dos animais do Cambriano.

Isso sugere que a explosão do Cambriano pode ser explicada por processos de equilíbrio pontuado onde vários grupos animais se sobrepõem sobre aquela população ancestral e ocupa esses novos nichos ecológicos.

A equipe do professor Robert Gaines ainda descobriu novos depósitos em nas cidades Yunnan (China) Burgess Shale que indicam exatamente isso.

Aqui nota-se uma tendência que o estudo da evolução vem promovendo desde o século XIX, a de que com o tempo e as novas descobertas muitas das lacunas e dos mistérios que a evolução não explicava passam a ser desvendados.

Até este período a comunidade científica contava com poucos fósseis que impossibilitavam compor uma trajetória evolutiva de determinados grupos animais.

Com o passar dos séculos muitos fósseis foram descoberto e preenchendo lacunas fundamentais da história da vida.

Hoje, a ciência conta com diversos fósseis que exemplificam claramente a trajetória evolutiva que os cetaceos tomaram. São cerca de 7 grupos de animais que traçam todos os passos evolutivos ocorridos nos últimos 55 milhões de anos e mostram como animais terrestres semi-aquáticos deram origem as baleias. Associados a estes fósseis há trabalhos de genética de populações e embriologia que mostram exatamente a relação parental.

Além disto, muitas das lacunas evolutivas no estudo da origem das aves foram preenchidas como citado no excelente debate de evolução e criacionismo abaixo.

O professor do Museu de Zoologia da USP, Mario de Pinna trata justamente dessas dúvidas sobre o Cambriano e comenta que ao longo do tempo as aparentes lacunas são preenchidas. Isso vem acontecendo há décadas com as aves, com a transição peixes/anfíbios, com os cetáceos.

Algumas lacunas ainda estão abertas como no caso das girafas (veja aqui), dos quelônios, na evolução dos ursídeos, em especial o caso dos pandas com os outros ursos e talvez no caso dos placodermes e tubarões, embora a ligação parental não é clara.

A explosão do Cambriano segue exatamente o mesmo caminho. A cerca de 540 milhões de anos animais com partes duras passaram a fazer parte do registro fóssil. Isso quer dizer que de alguma forma a evolução permitiu os animais usar o cálcio do mar como um sistema de sobrevivência. Essa concentração de cálcio ainda sim permitiu que os animais de corpo mole de alguma forma se fossilizassem.

Tudo isso graças as características físico-químicas do passado.

Seria interessante visualizar se nos fósseis de animais de corpo mole não há micro-fósseis de bactérias que morreram e se fossilizaram com os animais após o cálcio cortar o suprimento de sulfato.

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Scritto da Rossetti

Palavra chave: NetNature, Rossetti, Fósseis, Cambriano, Lacunas, Evolução, Sulfato, Oxigênio, Cálcio.

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