MEDINDO A TEMPERATURA DE DINOSSAUROS PELAS CASCAS DOS OVOS (Comentado)

Os pesquisadores sabem dinossauros dominavam a Terra uma vez, mas eles sabem muito pouco sobre como esses animais realizaram a tarefa básica de equilibrar a sua ingestão e produção de energia – como seus metabolismos trabalhou. Agora, uma equipe de pesquisadores da Caltech que aferiu as temperaturas corporais de uma ampla variedade de dinossauros tem proporcionado uma visão sobre como os animais podem ter regulado seu calor interno.

Um grande ninhada de ovos titanossauro foi limpo para a pesquisa. Crédito: Luis Chiappe, LA County Natural History Museum

Um grande ninhada de ovos de titanossauro foi usada para a pesquisa.
Crédito: Luis Chiappe, LA County Natural History Museum

O estudo foi liderado por John Eiler, o Robert P. Afiado Professor de Geologia e professor de geoquímica, e Rob Eagle, um ex-Caltech pós-escolar agora na UCLA. Eles são autores de um artigo publicado na revista Nature Communications.

O presente estudo examinou cascas de ovos de saurópodes, um grupo que inclui alguns dos maiores dinossauros que já viveram, são chamados de Titanossauros, bem como cascas de ovos de dinossauros oviraptorideo semelhante a aves e aproximadamente do tamanho de humanos. Os ovos foram analisados para determinar a extensão na qual o carbono-13 e oxigênio-18, isótopos naturais (formas variantes de elementos que diferem no número de neutrons) e o agrupamento na estrutura do mineral. Esta “aglomeração” de isótopos anteriormente raras tem sido demonstrada que depende da temperatura de crescimento mineral. Os dados de casca de ovo foram comparados com os resultados de um estudo anterior deste mesmo grupo que usou técnicas semelhantes para examinar as temperaturas de crescimento dos dinossauros saurópodes, incluindo um que se parece com uma girafa, o Giraffa titan e um herbívoro gigante conhecido como Camarassaurus.

A composição isotópica das cascas de ovo mostrou que os dinossauros oviraptorideos menores tinham temperatura corporal de 32 graus Celsius – decididamente mais frias do que os mamíferos modernos e pássaros. As temperaturas corporais dos maiores dinossauros (titanossauro) era de 38 graus Celsius, indistinguível de uma declaração prévia para os dentes Giraffatitan eram semelhantes aos mamíferos modernos. Esta descoberta – de que os dinossauros maiores mantida a temperatura do corpo como o nosso, ao passo que as menores se assemelhava mais de perto répteis modernos – tem implicações para nossa compreensão da fisiologia dos dinossauros.

Mamíferos modernos são descritos como sangue quente e que regulam sua própria temperatura, aprimorando-se com um termostato interno. Em um processo chamado endotermia, mamíferos de sangue quente aproveitam o calor gerado por suas próprias funções internas em vez de depender do calor ambiente do ambiente, que é o que uma serpente ou lagarto de sangue frio faz ao se aquecer no sol. A endotermia é relativamente semelhante em muitos tamanhos diferentes de mamíferos, de ratos até nos seres humanos e às baleias.

“Medir as temperaturas mais baixas em pequenos dinossauros é a primeira evidência para sugerir que pelo menos alguns deles tinham metabolismos básicos mais baixos do que a maioria dos mamíferos modernos e pássaros, e, portanto, o surgimento de mecanismos modernos de endotermia não ocorreram nestes dinossauros”, diz Eiler .

A imagem não é tão clara para os dinossauros maiores, que foram estudados. Ainda que Eiler e seus colegas tenham descoberto que os dinos tinham temperaturas corporais quentes semelhantes a mamíferos modernos, não se sabe se os animais realmente tinha metabolismos endotérmicos ou se eles eram quentes simplesmente por causa de seus tamanhos enormes – um fenômeno conhecido como gigantotermia. Gigantotermos têm pequenas áreas de superfície em relação aos seus grandes volumes e, portanto, têm menos área através da qual eles podem perder calor. Portanto, o calor é preso internamente. “Se você pesa 80 toneladas, o problema não é ficar quente – ele está tentando não explodir em chamas”, diz Eiler.

A ampla gama de temperaturas quentes descobertas entre as várias espécies de dinossauros examinados no estudo sugere que “ou eles tinham uma gama de diferentes estratégias metabólicas, ou que todos tinham baixos metabolismos básicos, e os grandes foram apenas quentes devido à gigantotermia “, Eiler diz.

A técnica usada para determinar essas temperaturas do corpo animal foi inicialmente concebida e usada pelo grupo de Eiler em 2011 em fósseis de dinossauros de dentes e que está relacionado com métodos que foram anteriormente desenvolvidos por minerais não-biológicos e moléculas. O método, chamado a técnica isótopo-clumped, se baseia em medições de isótopos raros em bioapatita, ou biologicamente pelo carbonato de cálcio, um mineral presente em ossos, dentes, cascas de ovo, e outros fósseis. Em 2006, o laboratório de Eiler quantificou o grau ao qual o carbono-13, e de carbono-18 se aglutinaram em graus variados em um biomineral, dependendo da temperatura no momento em que o mineral formado; essa relação foi examinada posteriormente para muitos tipos de minerais, por grupo de Eiler na Caltech e em outros laboratórios.

“Há esta ideia de que se eu tivesse um esqueleto fóssil, eu poderia mapear a temperatura do corpo de toda a criatura e chegar a um modelo fisiológico de como ele redistribuía o calor dentro de seu corpo”, diz Eiler. “Não há nenhuma razão para você não fazer isso, a não ser que o osso não esteja muito bem preservado”.

O próximo passo da equipe é comparar os fósseis da mesma espécie através de estágios de maturação. “Pode ser que alguns dinossauros tivessem uma estratégia metabólica diferente em diferentes fases da vida”, diz Eiler.

Referência:
Robert A. Eagle, Marcus Enriquez, Gerald Grellet-Tinner, Alberto Pérez-Huerta, David Hu, Thomas Tütken, Shaena Montanari, Sean J. Loyd, Pedro Ramirez, Aradhna K. Tripati, Matthew J. Kohn, Thure E. Cerling, Luis M. Chiappe & John M. Eiler. Isotopic ordering in eggshells reflects body temperatures and suggests differing thermophysiology in two Cretaceous dinosaurs. DOI:10.1038/ncomms9296

Fonte: Geology Page

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Comentários internos

O texto menciona três conceitos importantes para uma breve discussão: gigantotermia, a origem da endotermia, e por último, como ela ocorreria dentro do grupo dos répteis. São importantes conceitos porque a gigantotermia depende de uma relação superfície e volume do corpo, que fisiologicamente faz-se necessário comentar. A endortermia presente nos mamíferos e nas aves são filogeneticamente relacionadas aos répteis. Para compreender o significado disto é preciso entender alguns aspectos ligados ao metabolismo dos animais.

Os organismos chamados vulgarmente de “sangue frio“, apresentam temperatura variável. Cientificamente, eles recebem diversos nomes: poiquilotérmicos, pecilotérmicos, ectotérmicos ou heterotérmicos. Eles não têm um mecanismo interno que regule a temperatura do seu corpo. Seu corpo permanece com temperatura variável, acompanhando a variação que ocorre no ambiente onde está inserido, ou têm hábitos comportamentais que lhes permitem manter a temperatura em níveis toleráveis.

O caso mais comum são os répteis (tartarugas, serpentes e lagartos) que tomam banhos de sol sobre pedras. Peixes também são ectotérmicos (com algumas exceções) e se colocam a diferentes níveis de profundidade nas colunas de água, de forma a encontrar a temperatura ideal. Alguns animais do deserto se enterram debaixo da areia quente durante o dia, e insetos esquentam seus músculos de vôo vibrando-os no mesmo lugar.

Família: Ninfalídeos/Nymphalinae Plantas Hospedeiras: Gervão (Stachytarpheta cayennensis) e Mangue-branco (Laguncularia racemosa). Particularidades: A Junonia evarete gosta de pequenas flores silvestres, de onde tira seu sustento. Gosta de pousar sobre pedras, e em trilhas com as asas abertas. O Macho tem a asa posterior azulada. São parecidas com a espécie Junonia coenia.

Junonia evarete (Nymphalidae)
é uma borboleta que gosta de pequenas flores silvestres, de onde tira seu sustento. Gosta de pousar sobre pedras, e em trilhas com as asas abertas e usar o sol no metabolismo ectotérmico. O macho tem a asa posterior azulada. São parecidas com a espécie Junonia coenia.

Para aquecer, répteis e muitos insetos encontrar lugares ensolarados e adotar posições que maximizam a sua exposição e que atuam como posição de predação também, afinal, ás vezes ficar parado é a melhor estratégia. No tempo frio, as abelhas se amontoam para reter o calor. Borboletas e mariposas podem orientar suas asas, para maximizar a exposição à radiação solar, a fim de acumular calor antes de alçar voo (Davenport, 1991). Alguns animais poiquilotérmicos não suportam tão facilmente sistemas e órgãos complexos que demandam alta energia, tais como cérebros e asas. Algumas das adaptações evolutivas mais complexas envolvem poiquilotérmicos com tais sistemas. Um exemplo são os músculos natatórios do atum, que são aquecidos por um sistema interno de troca de calor com o meio ambiente.

Outra designação importante é de animais de “sangue quente”, e são chamados de homeotérmicos, ou endotérmicos. Eles mantem a temperatura do corpo constante. Nós humanos somos endotérmicos, com uma temperatura média de 36,4°C. Assim, endotérmicos são animais que correm o risco de se superaquecer em dias quentes no sol do deserto. Diferentes estratégias fisiológicas foram então desenvolvidas.

Este é o caso do camelo, que não apresenta nada de incomum anatomicamente, mas que tem uma estratégia fisiológica bastante interessante. Os camelos utilizam uma combinação de diversos métodos que o auxiliam no ganho de calor vindo do meio e um modo fisiologicamente evoluído para utilizar a água. No camelo o armazenamento de calor é feito por toda a estrutura corpórea. Um camelo bem hidratado que tenha bebido os seus 120 litros de água e tem seu suprimento reposto todos os dias seguramente tem sua temperatura corpórea variando somente 2°C, ou seja, oscilando entre 36°C e 38°C. Quando um camelo encontra-se privado dos seus recursos hídricos suas flutuações de temperatura são bem mais extremas, chegando a 7 graus de diferença, ou seja, podem oscilar entre 34°C e 41°C. Esse aumento de temperatura ocorre durante o dia com o armazenamento de calor em sua estrutura corpórea. Para um camelo que pesa aproximadamente 500kg e oscila sua temperatura em 7 graus isso corresponderia em 2.900kcal de calor que é equivalente a economia de 5 litros de água. Mas durante a noite o calor armazenado é liberado para o meio em forma de radiação e condução. A radiação é a capacidade que um material tem de absorver ou refletir a energia que incide sobre si. A condução é a capacidade térmica que o material possui de transmitir sua energia ou calor no caso dos camelos. Isso ocorre porque quando a estrutura corpórea é grande, o calor é absorvido somente até certo limite. A partir de um determinado ponto ele não absorve mais esse calor e começa a perde-lo para o meio. No caso do camelo, seu limite é 41°C. Assim o camelo sobrevive com certa facilidade sob o calor do deserto que é insuportável até mesmo aos beduínos. De fato, o camelo usa substancialmente menos água que o homem. O camelo utiliza 0,28 litros de água em uma hora no deserto, o homem utiliza cerca de um litro por hora. Isso reflete sua falta de eficiência fisiológica em um ambiente extremo como os áridos. O camelo suporta isso porque seu corpo foi sujeito á seleção natural que permitiu o uso eficiente da água no ambiente em que foi condicionado e evoluiu. Outros mecanismos acabam auxiliando o camelo nessa empreitada no deserto, como a pele grossa com alto valor de isolamento térmico que atua como um refletor reduzindo o ganho de calor da radiação solar e facilitando a perda durante a noite. Alguns experimentos foram feitos para testar a função da pele espessa do camelo. Um experimento simples feito foi tosar o pêlo do camelo e expô-lo ao sol. Os resultados demonstraram o aumento de sua necessidade de beber água em 50%. Camelos ancestrais com uma pelagem refletora e pele grossa sobreviviam a tais condições e suas estratégias fisiológicas também auxiliaram essa estratégia que foi transmitida a seus descendentes. Certamente os indivíduos com pouca pelagem morreram desidratados (Schmidt-Nielsen, 1991).

A endotermia está associada com maior resistência e capacidade elevada (durante o metabolismo aeróbico) a períodos de atividade prolongado. Estes atributos de aves e mamíferos têm contribuído grandemente para a sua distribuição generalizada e sucesso ecológico. Infelizmente, poucos são as caraterísticas anatômico/fisiológicas ligadas à endotermia que são preservados em fósseis, e a origem da endotermia entre os antepassados de mamíferos e aves há muito tempo permaneceu obscura.

Em um artigo publicado por Hillenus e Ruben (2004) na revista Physiology Biochemistry Zoology oferece uma abordagem sobre a fisiologia e metabolismo de formas de vida extintas. Os autores ressaltam a presença de estruturas córneas naso/respiratórias praticamente em todos os endotérmicos. Estas estruturas estão associadas com manutenção do calor e umidade respiratória em animais com altas taxas metabólica de repouso. O registro fóssil de sinapsídeos (primeira linha dos répteis a diferenciar-se dos anapsídeos primitivos, caracterizados por possuírem uma só fenestra temporal pós-orbital em posição inferior, localizada entre os ossos escamosal, pós-orbital, jugal e quadrado-jugal) não-mamíferos sugerem que pelo menos duas linhagens do Permiano Superior possuíam cornos respiratórios incipientes. Em contrapartida, estas estruturas parecem ter sido ausentes em dinossauros e aves não-ornithurine. Em vez disso, a morfologia nasal sugere que na linhagem das aves, os cornos respiratórios apareceram pela primeira vez em ornithurines no Cretáceo.

Outro termo importante é a gigantotermia; fenômeno muito importante para a paleontologia, pelo qual grandes animais ectotérmicos são mais facilmente capazes de manter uma temperatura corporal constante e relativamente elevada do que os animais menores em virtude de sua menor área de superfície em virtude do volume (Missell, 2004). O fenômeno é particularmente importante nos estudos de megafauna, como grandes tartarugas, répteis aquáticos como ictiossauros e mosassauros. Embora quase sempre ectotérmicos, eles podem ter uma temperatura corporal semelhante à de endotérmicos. E não é a primeira vez que se sugere que dinossauros volumosos tenham sido gigantotermicos, e tornando-se praticamente homeotérmicos (BBC, 2006). A gigantotermia tem suas vantagens e desvantagens.

Do ponto de vista vantajoso, animais ectotérmicos grandes que têm o mesmo tamanho que endotérmicos e portanto, uma lenta taxa metabólica, o que significa que demora mais tempo para répteis digerirem os alimentos. Os gigantotérmicos não teriam que comer tão frequentemente como os grandes endotérmicos que precisam manter sua temperatura constante para atender às demandas energéticas. Um exemplo prático é que leões, apesar de serem muito menores do que os crocodilos, devem se alimentar em maior frequência porque a sua alta produção metabólica exige manter o calor e a demanda de energia. O crocodilo só deve se expor ao sol para digerir mais rapidamente.

Entretanto, a desvantagem é que a necessidade de manter a temperatura do corpo prejudica a resistência muscular e energia, quando comparados com endotérmicas devido à diminuição da eficiência anaeróbica (Seymour, 2013). Mamíferos têm cerca de quatro vezes mais a área de superfície ocupada por mitocôndrias do que répteis. Com o aumento das mitocôndrias, maior a demanda energética, conseqüentemente, a produção de mais calor para termorregulação.

Um animal ectotérmico de mesmo tamanho que um endotérmico não seria capaz de permanecer tão ativo como um endotérmico. Mais tempo é dedicado a se aquecer do que comer. Um grande animal ectotérmico, como um crocodilo ou jacaré alimenta-se por emboscada a sua presa, pois exige menos movimentos e, portanto, menos gasto de energia. Enquanto isto, grandes mamíferos costumam caçar.

Vimos então, que a ectotermia é um estado primitivo, e um ancestral comum compartilhado de crocodilos, dinossauros e aves foi em algum momento ectotérmico. Aves, são endotérmicos e vistas como descendentes dos dinossauros, que eram ectotérmicos. Até pouco tempo atrás não havia uma linha clara de transição metabólica dentro desta linhagem, nem um lugar definitivo dos dinossauros ao longo do continuum ectotérmico-endotérmico.

Quem vai nos dar uma noção disto é Schweitzer, que hoje é conhecida hoje por ter demonstrado que tecidos não-resistentes de dinossauros podem ser preservado por milhões de anos. (Veja mais em Cientistas podem ter encontrado glóbulos vermelhos em fóssil de dinossauro de 75 milhões de anos)

O artigo de Schweitzer e Marshall (2001) pulicado na Journal of Experimental Zoology apresenta um modelo conceitual para a evolução da endotermia na linhagem terópode-pássaro. O modelo apresentado por eles analisa mudanças simples em um gene de um ancestral comum, e inclui uma série de alterações fisiológicas e morfológicas concomitantes, começando tão cedo quanto o primeiro ancestral comum arcossauros de dinossauros e crocodilos. Essas mudanças continuaram a se acumular dentro da linhagem terópode-aviária, foram mantidas e aperfeiçoadas através de forças seletivas e culminou nas aves existentes.

Convergências ou homoplasias metabólicas são evidentes nas diferenças inerentes entre a endotermia de mamíferos e das aves atuais. O modelo de Schweitzer e Marshall encontra plausibilidade filogenética, genética, evolutiva e adaptativa em cada uma das etapas de desenvolvimento sugeridas em direção a endotermia. O modelo conceitual conta com uma extensa base de conhecimento desenvolvido por inúmeros artigos em cada uma das áreas e integra aspectos metabólicos do desenvolvimento da taxa existente que filogeneticamente dinossauros terópodes suportam em comparação com informações obtidas a partir do registro fóssil de taxa extintos relacionados.

Um artigo de Alexander G. Little, Frank Seebacher (2014) publicado na Journal of Experimental Zoology sugere que a função do hormônio da tireóide na regulação de processos fisiológicos em resposta ao frio é a chave para a evolução da endotermia. Eles argumentam que a capacidade dos primeiros cordados em produzir hormônio tireoidiano foi internamente o primeiro passo neste processo evolutivo. A seleção natural poderia, então, atuar sobre a capacidade do hormônio da tiróide em regular o metabolismo, a produção da força muscular e desempenho cardíaco para manter a sua função contra efeitos termodinâmicos negativos da diminuição da temperatura. Uma tiróide de aclimatação ao frio teria sido a principal vantagem seletiva. As ações do hormônio da tireóide durante a aclimatação frio no peixe-zebra, por exemplo, são muito semelhantes ao papel da termogênese endotérmica. Os aumentos mediados por uma tiróide no metabolismo e desempenho locomotor em animais ectotérmicos acabou resultando na produção de calor suficiente para afetar a temperatura do corpo. A partir deste ponto, o aumento da temperatura corporal por si só poderia ser seletivamente vantajoso e reforçar os aumentos induzidos por tireóide em taxas fisiológicas. A seleção para aumento da temperatura corporal iria promover esses mecanismos que maximizam a produção de calor, como o aumento de Na+/K+, atividade da ATPase e desacoplamento mitocondrial, todos os quais são regulados pelo hormônio da tireóide. O ponto final específico deste processo evolutivo seria a termorregulação endotérmica.

Resumo do processo evolutivo proposto por Alexander G. Little, Frank Seebacher (2014) onde mediada por tiróide que levou a endotermia. A trajetória evolutiva da função hormônio da tireóide que levou à evolução da endotermia (painel esquerdo). Ao longo do tempo evolutivo, várias vantagens seletivas (segundo painel da esquerda) levou à internalização da produção de hormônio da tireóide, aclimatação frio, retenção de calor e termorregulação endotérmico (painel esquerdo). Diferentes mecanismos controlados por tireóide (segundo painel da direita) estão na base das respostas evolutivas em diferentes organismos (painel direito). As relações filogenéticas no painel direito são apenas aproximados e os organismos incluídos não são abrangentes. Tb, a temperatura do corpo.

Resumo do processo evolutivo proposto por Alexander G. Little, Frank Seebacher (2014) onde a tiróide levou a endotermia. A trajetória evolutiva da função do hormônio da tireóide levou à evolução da endotermia (painel esquerdo). Ao longo do tempo evolutivo, várias vantagens seletivas (segundo painel da esquerda) levou à internalização da produção de hormônio da tireóide, aclimatação frio, retenção de calor e termorregulação endotérmica (painel esquerdo). Diferentes mecanismos controlados por tireóide (segundo painel da direita) estão na base das respostas evolutivas em diferentes organismos (painel direito). As relações filogenéticas no painel da direita são apenas aproximados e os organismos incluídos não são abrangentes. Tb, a temperatura do corpo.

Considerar a evolução da endotermia isoladamente é errado, porque as vantagens seletivas que levaram o processo evolutivo foram independentes dela. Em outras palavras, sem as vantagens seletivas de aclimatação ao frio mediada por tiróide nos peixes, não haveria animais endotérmicos.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Endotermia, Ectotermia, Répteis, Dinossauros, Aves, Mamíferos.

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Referência

Alexander G. Little, Frank Seebacher. The evolution of endothermy is explained by thyroid hormone-mediated responses to cold in early vertebrates. J Exp Zool. 2014 217: 1642-1648;
Davenport, John. Animal Life at Low Temperature. Publisher: Springer 1991.
Hillenius WJ1, Ruben JA. The evolution of endothermy in terrestrial vertebrates: Who? When? Why? Physiol Biochem Zool. 2004 Nov-Dec;77(6):1019-42.
Missell, Christine Ann (2004). “Thermoregulatory adaptations of Acrocanthosaurus atokensis – evidence from oxygen isotopes (Thesis)”. North Carolina State University.
Nielsen, Knut Schmidt, Fisiologia Animal, Adaptação e Meio Ambiente. Editora santos, 5a edição, 2002.
Seymour, Roger S. (2013-07-05). “Maximal Aerobic and Anaerobic Power Generation in Large Crocodiles versus Mammals: Implications for Dinosaur Gigantothermy”. PLoS ONE 8 (7): e69361.
Schweitzer MH1, Marshall CL. A molecular model for the evolution of endothermy in the theropod-bird lineage. J Exp Zool. 2001 Dec 15;291(4):317-38.

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