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A Paleontologia na sala de aula 17 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA PALEONTOLOGIA Marcello Guimarães Simões Sabrina Coelho Rodrigues Marina Bento Soares Paleontologia é a ciência que estuda os fósseis, ou seja, o vasto documentá- rio de vida pré-histórica. Paleontologia quer dizer “o estudo da vida antiga, do grego Palaios = antigo; ontos = ser; logos = estudo”, mas essa é uma definição muito vaga. A Paleontologia ocupa-se da descrição e da classificação dos fósseis, da evolução e da interação dos seres pré-históricos com seus antigos ambientes, da distribuição e da datação das rochas portadoras de fósseis, etc. QUEM ESTUDA OS FÓSSEIS? A Paleontologia Moderna é uma ciência dinâmica, com relações com outras áreas do conhecimento, estando preocupada em entender como a evolução física da Terra, em termos das mudanças na sua geografia (paleogeografia), no clima (paleo- clima) e nos ecossistemas (paleoecologia), influenciou a evolução das formas de vida pré-históricas. Portanto, a Paleontologia é uma ciência interdisciplinar, relacionada à Geologia, à Biologia (principalmente Zoologia e Botânica), à Ecologia e à Oceano- grafia, dentre outros campos do conhecimento preocupados em estudar as interações A 1 VOLTE AO SUMÁRIO A Paleontologia na sala de aula 18 entre os organismos e o meio ambiente. Atualmente, a Paleontolo- gia preocupa-se também com a conservação do patrimônio fossilífe- ro (ver capítulo PATRIMÔNIO PALEONTOLÓGICO). As grandes subdivisões da Paleontologia são a Paleozoolo- gia (estudo dos animais fósseis), a Paleobotânica (estudo das plan- tas fósseis) e a Micropaleontologia (estudo dos microfósseis). O Paleontólogo é o cientista que estuda a vida pré-histó- rica, a partir das evidências fornecidas pelos fósseis e pelas ro- chas. Figura 1. Fósseis de braquiópodes (grupo de invertebrados ma- rinhos) preservados nas rochas da Formação Ponta Grossa, Devo- niano, Bacia do Paraná. Exemplo de objeto de estudo da Paleozo- ologia. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flávio Lopes. Figura 2. Peixe fóssil, um vertebrado encontrado nas rochas do Grupo Santana, Cretáceo, Bacia do Araripe. Exemplo de objeto de estudo da Paleozoologia. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flávio Lopes. Os Paleozoólogos são os paleontólogos especializados em Paleontologia de Invertebrados, ramo da Paleozoologia que estuda os animais sem coluna vertebral, ou em Paleontologia de Vertebrados (Figuras 1 e 2), incluindo o estudo do homem fóssil (Paleoantropologia). Os Paleobotânicos estudam as plan- tas fósseis (Figura 3). Já os Micropaleontólogos estudam fósseis microscópicos, ou seja, microrganismos fósseis de parede orgâ- nica (ex: pólens) ou mineralizada (ex: foraminíferos) (Figura 4). A Paleontologia na sala de aula 19 Figura 3. Impressão de folha de Cordaites sp., encontrada nas rochas da Formação Rio Bonito, Permiano da Bacia do Paraná. Exemplo de obje- to de estudo da Paleobotânica. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flávio Lopes. Figura 4. Foraminífero ornamentado, com carapaça mineraliza- da. Exemplo de objeto de estudo da Micropaleontologia. Foto: Sabrina Coelho Rodrigues. A Paleontologia na sala de aula 20 O QUE É FÓSSIL? Acima, alguns exemplos de fósseis foram apresentados. No presen- te capítulo o leitor terá a oportunidade ser apresentado aos conhecimentos sobre os fósseis e o processo de fossilização. Maiores detalhes serão encon- trados no capítulo FÓSSEIS E PROCESSOS DE FOSSILIZAÇÃO. O evento de fossilização é um fenômeno natural que envolve diversos processos biológicos, físicos e químicos. Trata-se de um evento espetacular que, literalmente, envolve a passagem dos restos orgânicos da Biosfera para a Litosfera. Existe até uma ciência à parte da Paleonto- logia para estudá-lo, chamada de Tafonomia (termo grego que signifi- ca “leis do sepultamento”). A Tafonomia (ver capítulo TAFONOMIA: O QUE TODOS ESTES FÓSSEIS ESTÃO FAZENDO AQUI?) se encarrega de estudar o processo de fossilização dos invertebrados, vertebrados ou plantas, considerando os processos atuantes nas diversas fases ou eta- pas da fossilização, desde a morte dos seres vivos e sua decomposição, até o momento do encontro do fóssil pelo paleontólogo. Se você, leitor, chegou até aqui, então está pronto para iniciar a empolgante viagem ao mundo do processo de fossilização. Sugeri- mos começar verificando o conceito de Fóssil. Fósseis (termo latino que significa “ser desenterrado” ou “extraído da Terra”) são restos ou vestígios (traços) de animais, vegetais e de outros microorganismos (algas, fungos e bactérias) que viveram em tempos pré-históricos e estão naturalmente pre- servados nas rochas sedimentares (ver capítulo O CICLO DAS ROCHAS). Embora exista uma tendência para considerarmos fós- seis apenas os esqueletos de dinossauros e de outros grandes vertebrados pré-históricos extintos (ver capítulo EXTINÇÃO: A OUTRA FACE DA EVOLUÇÃO), na realidade, o registro fós- sil contém representantes da maioria dos grupos biológicos, in- cluindo desde o Homem fóssil até aqueles grupos representados por formas de vida microscópica, que só podem ser vistos através do auxílio de instrumentos ópticos. Os fósseis podem ser classifi- cados como Fósseis Corpóreos e Fósseis Traço (ou vestígios), dentre outras definições. Fóssil Corpóreo Os fósseis são considerados como fósseis corpóreos ou res- tos (Figuras 5 a 7) quando são representados por restos orgânicos, especialmente suas partes duras, tais como as conchas, os ossos, os dentes e as partes vegetais (troncos, folhas etc.), além das impres- sões, moldes e contramoldes (ver capítulo FÓSSEIS E PROCESSOS DE FOSSILIZAÇÃO). A Paleontologia na sala de aula 21 Figura 5. Fóssil do cinodonte Trucidocynodon riograndensis, encontrado nas rochas da Formação Santa Maria, Triássico da Bacia do Paraná. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Foto: Luiz Flávio Lopes. A Paleontologia na sala de aula 22 Figura 6. Fóssil de molusco cefalópode, Ceratites sp., do Triássico da Alemanha. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flávio Lopes. Figura 7. Tronco fossilizado de gimnosperma encontrado nas rochas da Formação Santa Maria, Triássico, Bacia do Paraná. Coleção do Mu- seu de Paleontologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flá- vio Lopes. A Paleontologia na sala de aula 23 Fóssil traço Fósseis traço, também conhecidos como vestígios, compreendem o registro da atividade de um organismo sobre um substrato, tais como as pegadas, as pistas (sequência de pegadas), as perfurações, as escavações (Figuras 8 e 9). Nessa categoria, além disso, estão incluídos também os co- prólitos (fezes fossilizadas), os ovos e os ni- nhos fósseis (Figuras 10 a 12). Cabe lembrar, entretanto, que alguns autores preferem tra- tar ovos fossilizados como fósseis corpóreos, já que, muitas vezes, estes incluem restos de embriões no seu interior. Figura 9. Rastros deixados por artrópodes, preservados nas rochas do Grupo Itararé, Per- miano Inferior, Bacia do Paraná. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flávio Lopes. Figura 8. Pistas de dinossauros, encontradas nas rochas da Bacia do Rio do Peixe, Cretáceo. Foto: Leonardi & Carvalho. Retirado de Schobbenhaus, et al. (2000). Figura 10. Fezes fossilizadas de tubarão, também conhecidas como coprólitos, encontradas nas ro- chas da Formação Rio do Rasto, Permiano, Bacia do Paraná. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Foto: Ana Emília Quezado de Figueiredo. A Paleontologia na sala de aula 24 Figura 11. Fezes fossilizadas de tetrápode, tambémco- nhecidas como coprólitos, encontradas nas rochas da Formação Santa Maria, Tri- ássico, Bacia do Paraná. Co- leção do Museu de Paleon- tologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flá- vio Lopes. Figura 12. Ovo de dinos- sauro fossilizado, encon- trado nas rochas do Grupo Bauru, Cretáceo, Bacia do Paraná. Foto: Beck, S.F. (reti- rado de LIMA, 1986). Figura 13. Exemplo de “fóssil-vivo”: Lingula, um braquiópode inarticulado, encontrado nas rochas da Formação Ponta Grossa, Bacia do Paraná. Esse invertebrado marinho do Paleozoico possui represen tantes viventes nos mares atuais, os quais são morfologicamente muito semelhantes às formas atu ais. Coleção do Museu de Paleontologia da UFRGS. Escala em centímetros. Foto: Luiz Flávio Lopes. Figura 14. Dendritos de manganês, de forma ramificada, exemplo de um pseudofóssil. Esse mine ral, de hábito arborescente, ao se consolidar entre as fissuras das rochas acaba assemelhando-se às estruturas orgânicas vegetais. Coleção da UFPR. Escala = 10cm. Foto: Cristina Silveira Vega. Outras definições de fóssil Além dos fósseis corpóreos e traço, exis- tem também os chamados fósseis quí- micos, representados pela preservação de biomoléculas, tais como, as proteí- nas, os aminoácidos, os lipídeos e os áci- dos nucléicos (RNA, DNA). Aplica-se o termo fóssil-vivo aos organismos do re- gistro fóssil que apresentam grande dis- tribuição ao longo do tempo pré-histó- rico, com representantes viventes ainda nos dias atuais (Figura 13). Por fim, tem- -se o termo pseudofóssil, para marcas, impressões e objetos inorgânicos que se assemelham aos fósseis verdadeiros (Fi- gura 14). A Paleontologia na sala de aula 25 ONDE EXATAMENTE OS FÓSSEIS OCORREM? TORNANDO-SE FÓSSIL: O PROCESSO DE FOSSILIZAÇÃO Já foram apresentados vários exemplos e definições de fós- seis. Agora vamos detalhar mais minuciosamente os processos en- volvidos no fenômeno da fossilização. Para que um resto orgânico torne-se fóssil, diversos eventos deverão ocorrer, constituindo as etapas de fossilização. Para uma melhor compreensão das etapas envolvidas na formação de um fóssil, será utilizado como exemplo o mexilhão, um organismo que é familiar à maioria das pessoas. Cabe lembrar que as etapas mostradas são comuns à grande parte dos restos e vestígios dos seres vivos, desde micro-organismos aos gran- des vertebrados e as plantas. O mexilhão é um bivalve – nome dado aos animais invertebra- dos (moluscos) formados por duas valvas ou concha calcárias – que vive em ambientes aquáticos (preferencialmente marinhos) onde ficapresos às rochas ou sobre os sedimentos de fundo ou mesmo enterrado nes- tes. Suas partes moles ou tecidos (manto, órgãos reprodutores, brân- quias, sifões), são envoltas pelas conchas calcárias, protegendo-as con- tra o ressecamento, a ação de predadores e servindo como estrutura de suporte para o corpo do animal. A preservação do bivalve como fóssil envolverá diversas fases, conhecidas como fa ses ou etapas da fossiliza- ção.Veja a seguir. Na crosta terrestre existem três tipos básicos de rochas, ro- chas Ígneas ou Magmáticas, rochas Sedimentares e rochas Meta- mórficas (ver capítulo O CICLO DAS ROCHAS). Predominantemen- te, fósseis são encontrados nas rochas sedimentares. A Paleontologia na sala de aula 26 Fase 1. a morte Em vida, o bivalve escava os substratos mari- nhos, vivendo enterrado nos sedimentos ou fixa suas conchas em substratos ou partícu- las duras. As conchas dos bivalves escavado- res mantêm contato com a interface água- -sedimento através dos sifões. Em vida, as conchas são articuladas como na Figura 15. As mudanças ambientais (variação de tem- peratura, salinidade), as doenças, o ataque de predadores e o envelhecimento (senilida- de) podem levar os indivíduos à morte. Figura 15. Colônia de mexilhões vivos, fixos em su- perfícies duras. Fase 2. necrólise ou decomposição Ao morrer, os tecidos do bivalve encerram a ati- vidade biológica e tem início a decomposição. Por exemplo, os músculos adutores, responsá- veis pela abertura e fechamento das concha, deixam de apresentar contração e relaxamen- to. Em poucas semanas, devido ao processo de necrólise (= decomposição bacteriana dos te- cidos) e consequente perda da musculatura, o bivalve morto abre as conchas. Inicialmen- te, ambas permanecem ainda articuladas, mas abertas, como uma “borboleta” (Figura 16). Com a continuidade do processo de necróli- se, todos os tecidos, incluído o ligamento serão atacados pelas bactérias e organismos necró- fagos. Após a deterioração das partes moles, restam as conchas vazias, que, por serem for- madas por minerais (carbonato de cálcio), são mais resistentes. Constituem, portanto, a par- te dura do organismo, que tem maior chance de preservação. Após a necrólise ou putrefação dos tecidos a concha poderá permanecer com as duas partes ainda unidas pelo ligamento ou desarticular-se. Figura 16. Mexilhão morto, com as con- chas abertas e as partes moles ainda pre- sentes. A Paleontologia na sala de aula 27 Fase 3. desarticulação e dispersão As conchas dos animais mortos ficam expos- tas ao ambiente, como hoje observamos nas praias. Essas podem ser desarticuladas pela ação de ondas e correntes ou ação de orga- nismos necrófagos. A figura 17 mostra um bivalve com as conchas ainda articuladas. Após a desarticulação, poderá haver o trans- porte pela ação da água. A movimentação das conchas duran te o transporte causa cho- que entre essas e as partículas sedimentares, ou seja, os grãos de areia, seixos, etc., resul- tando na fragmen tação e no desgaste da sua superfície (Figura 18). Se as conchas e seus fragmentos forem recobertos por sedimen- tos poderão tornar-se fósseis. Figura 17. Mexilhão com perda das partes moles (tecidos), restando ape- nas sua concha protetora, mais resis- tente. Figura 18. Conchas de mexilhões articuladas abertas ou desarticula- das. Note a presença de sedimen- tos (areias e outros grãos) entre as conchas. Modificado de Taylor (1990). A Paleontologia na sala de aula 28 Fase 4. soterramento A incorporação das conchas no sedimento através do recobri- mento ou soterramento é uma fase crítica no processo de fos- silização. O recobrimento rápido, após a morte, por partículas sedimentares de pequena dimensão evita ou previne a ação dos organismos necrófagos e o transporte e a dispersão dos restos orgânicos, nesse caso, as conchas do bivalve. Se as conchas não forem recobertas, elas se desintegrarão e, portanto, não terão chance de preservação. Nos ambientes aquáticos, a rápida decantação e a deposição de partículas se- dimentares finas (pequena dimensão, como a lama) aumen- tam a probabilidade de preservação desses restos orgânicos. Desde que a deposição das partículas finas ocorra por decan- tação não há muitos distúrbios junto ao fundo, que possam ar- rastar e transportar os restos orgânicos. Por exemplo, durante os períodos de chuvas torrenciais, areia fina e lama (partículas muito finas denominadas silte e argila) são transportados pe- los rios. A lama é levada em suspensão na água (água turva) até as regiões costeiras, onde irá decantar e recobrir as con- chas e outros restos de organismos que lá estão. Esse material ficará aprisionado e incorporado às camadas de sedimentos. Com o passar do tempo sucessivas camadas vão se depositan- do, contendo conchas, ossos e outros restos de esqueletos de animais e vegetais. Fase 5. diagênese ou litificação Com o passar do tempo, sucessivas camadas de sedimentos, contendo conchas e outros restos em seu interior vão se acumu- lando. Como os grãos ainda estão soltos, o sedimento está inco- erente (como na areia de praia). Dentre outros fatores, o peso das repetidascamadas de sedimentos (como em um bolo de aniversário contendo várias camadas) e a infiltração de água en- tre os grãos, no interior do sedimento, podem favorecer a pre- cipitação de minerais que, como uma argamassa, irão ligar (co- lar) cada partícula de sedimento com os restos orgânicos. Nesse momento, a rocha estará cimentada, ou seja, coerente, dura, ou melhor, litificada ou petrificada (Figura 19). Durante o processo de litificação e compactação, os fluidos que se movem através dos grãos sedimentares são potencialmente destrutivos para os restos orgânicos, inclusive para as conchas dos bivalves. Dependendo das características químicas dos flu- ídos de infiltração, poderá haver dissolução completa das con- chas já incorporadas nos sedimentos. Outros restos, por sua vez, poderão sofrer modificações químicas, com a troca ou substitui- ção dos elementos minerais. Muitos são os tipos de fossilização que decorrem das modificações químicas e físicas, durante o pro- cesso de litificação (ver capítulo FÓSSEIS E PROCESSOS DE FOSSILIZA ÇÃO). A Paleontologia na sala de aula 29 Figura 19. Conchas fósseis de mexilhões, ainda na rocha matriz. A Paleontologia na sala de aula 30 Fase 6. soerguimento das rochas fossilíferas Devido à movimentação das placas tectôni- cas (ver capítulo TECTÔNICA DE PLACAS E O CICLO DOS SUPERCONTINENTES), as su- cessões de rochas, contendo ou não fósseis, poderão sofrer soerguimento (levantamento) emergindo à superfície terrestre. Pacotes de rochas sedimentares fossilíferas podem fazer parte das cadeias de montanhas, e comumen- te estão dobrados e fraturados devido aos es- forços para soerguê-los. Em alguns casos, os fósseis ali contidos poderão estar deforma- dos, outros poderão ser destruídos. No caso dos mexilhões, uma vez na superfície, os pa- cotes de rochas sofrerão erosão e as conchas fósseis poderão ser expostas. Após milhões de anos, os paleontólogos poderão localizá-las e extraí-las cuidadosamente da rocha matriz (rocha onde foram preservados), e levá-las ao laboratório, para estudo (Figura 20). Os fós- seis e as rochas serão incorporados em uma coleção científica. Assim, um dia poderão ser estudados pelos pesquisadores e figurarem dentre os materiais expostos em museus (ver capítulos DO CAMPO AO LABORATÓRIO: A VIAGEM DE UM FÓSSIL e PATRIMÔNIO PA- LEONTOLÓGICO). Figura 20. Detalhe das conchas fósseis de mexilhão, extraídas da ro- cha matriz. O REGISTRO FÓSSIL O chamado registro fóssil inclui a totali- dade dos fósseis já descobertos e descritos, bem como aqueles ainda a serem descobertos pelos pa- leontológos, ou seja, que ainda não foram escava- dos ou extraídos das rochas. As descobertas pale- ontológicas indicam que as evidências mais antigas de vida na Terra têm, aproximadamente, 3,5 bilhões de anos. Portanto, o registro fóssil engloba um vas- to período de tempo, desde 3,5 bilhões de anos atrás, até os vestígios de vida do chamado perío- do histórico, quando os humanos desenvolveram a escrita, há cerca de 5.500 anos. Durante esse vas- to período de tempo, novas formas de vida surgiram devido à evolução (ver capítulo EVOLUÇÃO SOB A PERSPECTIVA DO REGISTRO FÓSSIL), inicialmen- te nos oceanos, a partir de organismos simples, unice- lulares, como as bactérias, algas e protozoários. Poste- riormente, surgiram os organismos mais complexos, multicelulares, tais como os fungos, as plantas e os ani- mais invertebrados e vertebrados. Ao longo do curso da evolução, muitas espécies desapareceram, tal como ocorreu com os dinossauros, cerca de 66 milhões de anos atrás (ver capí tulo EXTINÇAO: A OUTRA FACE DA EVOLUÇÃO). A Paleontologia na sala de aula 31 A IMPORTÂNCIA DOS FÓSSEIS O que torna a Paleontologia tão interessante é o fato de poder investigar e, de certa forma, especular sobre os seres que viveram há muito tempo. Os fósseis constituem importante evidência do proces- so evolutivo. Além disso, os fósseis são úteis para o reconhecimento de pacotes de rochas contemporâneos e sua sucessão temporal (ver capí- tulo OS FÓSSEIS E O TEMPO GEOLÓGICO). Os fósseis permitem tam- bém o reconhecimento da distribuição dos antigos mares e continen- tes (ver capítulo PALEOBIOGEOGRAFIA: A DINÂMICA DA TERRA E DA VIDA). Fósseis são ferramentas essenciais para a Paleoecologia e re- construção dos ambientes antigos de sedimentação (ver capítulo A PALEOECOLOGIA ATRAVÉS DOS MICROFÓSSEIS). Do ponto de vista econômico, fósseis são importantes na indústria do petróleo e do car- vão. ATIVIDADES VINCULADAS AO CAPÍTULO O tanque de fossilização A história de um fóssil Diferenças entre um fóssil e um organismo atual Simulando o processo de fossilização Interpretando icnofósseis: pegadas e impressões Simulando a formação de impressões foliares Reconhecendo icnofósseis de dinossauros REFERÊNCIAS CARVALHO, I. S. 2010. Paleontologia. 3ª ed., v. 1., Rio de Janeiro: Interciência, 734 p. HOLZ, M. & SIMÕES, M. G. 2003. Elementos Fundamentais de Tafonomia. 1ª ed., Porto Alegre: Editora da Universidade - EDUFRGS, 231p. LIMA, M.R. 1989. Fósseis do Brasil. T.A. Queiroz Editora e EDUSP, 1989, 118p. SCHOBBENHAUS, C.; CAMPOS, D.A.; QUEIROZ, E.T.; WINGE, M.; BER¬BERT-BORN, M. 2000. Sítios Geológicos e Paleontológicos do Brasil. DNPM/CPRM-SIGEP, Brasília, 554p. SIMÕES, M. G.; RODRIGUES, S. C.; BERTONI-MACHADO, C.; HOLZ, M. 2010. Tafonomia: Processos e Ambientes de Fossilização. In: Carvalho, I.S. (Ed.). Paleontologia. 3 ed. v. 1, Rio de Janeiro: Interciência, p. 19-52. TAYLOR, P.D. 1990. Fossil: Aventura Visual. Rio de Janeiro:Globo, 62p. VOLTE AO SUMÁRIO
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