Quais são os métodos para saber a idade e a morfologia dos fósseis?

Achar um fóssil é bastante difícil, mas só descobrir um fóssil não é o bastante.

Imagem de photosforyou por Pixabay

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A posição no tempo em relação a outras espécies também precisa ser determinada, porque isso ajudará a situar sua morfologia em uma sequência evolutiva. As técnicas para datar fósseis variam e, de preferência, são utilizadas várias para verificar e comprovar a idade.

Vamos agora apresentar os tipos de datação de fósseis que ajudam a identificar a idade deles.

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A técnica da estratigrafia para datar a idade dos fósseis

Uma técnica interessante e bastante usada é a estratigrafia, um método de situar os fósseis em uma sequência relativa em relação uns aos outros. Em meados de 1760, ocorreu a um grande cientista, Giovanni Arduino, que as rochas poderiam ser dispostas desde as mais velhas (mais profundas) até as mais novas (mais próximas à superfície).

Quando o geólogo inglês Charles Lyell publicou em seu grande clássico em três volumes, Principles of geology (Princípios de geologia), durando 1830 e 1833, o sistema de datação relativa das camadas de rochas já estava bem estabelecido.

O princípio é simples. Estratos semelhantes, dispostos em camadas uma em cima da outra, foram feitos em uma ordem cronológica. Assim como em uma construção de uma torre, as rochas mais velhas estão no fundo e, em uma sequência ascendente até o topo, as últimas rochas são aquelas mais recentes. Cada camada de rocha é chamada de horizonte de tempo porque contém os restos de organismos de um determinado momento no tempo. Quaisquer fósseis presente sem camadas diferentes podem ser ordenados desde os mais velhos até os mais recentes, do fundo até o topo.

Embora isso não forneça nenhuma idade absoluta, o método produz uma sequência cronológica de espécies de fósseis em relação uns aos outros. Situando os fósseis em sua sequência estratigráfica, podemos determinar qual surgiu primeiro e qual surgiu por último em relação a outros fósseis no mesmo afloramento de rocha.

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A técnica do fósseis-índice

Se pareamos os estratos rochosos de um local com rochas equivalentes em outro local de afloramento, podemos construir uma sequência cronológica sobreposta maior do que aquela representada em um único local

A correlação verdadeira dos estratos rochosos entre dois locais distantes é feita por meio da comparação do conteúdo e da estrutura mineral. Os fósseis-índice são marcadores característicos que podem facilitar o pareamento dos estratos rochosos. São espécies animais, normalmente invertebrados de concha dura, os quais sabemos, por pesquisas anteriores, que ocorrem apenas em um horizonte de tempo específico.

Portanto, a presença de um fóssil-índice confirma que a camada estratigráfica é equivalente em idade e uma camada semelhante que contém as mesmas espécies fósseis em algum outro lugar.

A datação radiométrica para saber a idade dos fósseis

A posição estratigráfica relativa é útil, mas, para determinar a idade de um fóssil com mais precisão, é utilizada uma técnica diferente, que é conhecida como datação radiométrica.

Essa técnica aproveita a transformação natural de um isótopo elementar instável para uma forma mais estável ao longo do tempo. Tal decaimento radioativo de um elemento, de um estado para outro de um isótopo, ocorre a uma taxa constante chamada de meia-vida, característica de um isótopo.

A meia-vida é o intervalo de tempo que deve transcorrer antes que a metade dos átomos da amostra original se transforme em átomos-produto. Exemplos comuns incluem o “decaimento” do urânio (U-235) para chumbo (Pb-207) (meia-vida de 712 milhões de anos) e do potássio (K-40) para argônio (Ar-40) (meia-vida de 1,3 bilhões de anos). Quando as rochas são formadas, esses isótopos radioativos frequentemente são incorporados. Se compararmos as proporções entre isótopos pai e filho e se coubermos a taxa na qual essa transformação ocorre, então a idade da rocha e, consequentemente, a idade dos fósseis ali presentes pode ser calculada.

Se, por exemplo, a amostra de rocha tiver uma grande quantidade de argônio em relação ao potássio, então a rocha deve ser bem antiga e a idade estimada bem alta. A maioria do potássio terá decaído para argônio, o seu produto. De maneira oposta, se houver pouco argônio em relação ao potássio, então pouco tempo se passou e a idade calculada será bem mais jovem.

Alguns processos naturais ajudam a purificar a amostragem. Cristais de zircônio, que é uma mistura de elementos, formam-se em câmaras subterrâneas à mediada que a rocha fundida resfria. Quando a firme estrutura molecular desses cristais se solidifica, o zircônio incorpora átomos de urânio, mas exclui átomos de chumbo. À medida que o urânio é capturado decai para chumbo ao longo do tempo, apenas o chumbo derivado do decaimento se acumula nos cristais. Assim, a idade dos cristais de zircônio pode ser calculada medindo-se a proporção de urânio restante em relação ao chumbo.

Em razão de a captura de isótopos durante a formação das rochas ser algumas vezes inconstante, nem todas as rochas podem ser datas por meio das técnicas radiométricas. Mas quando disponível e cuidadosamente checada, a datação radiométrica permite obter as idades absolutas das rochas e dos fósseis que essas rochas contém.

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A datação por carbono 14

O carbono possui três isótopos: C¹², C¹³ e C¹⁴; sendo os dois primeiros estáveis e o terceiro, o C¹⁴, radioativo, com meia-vida de 5.730 anos. A datação usando o C¹⁴, ou radiocarbono, é aplicada, portanto, em materiais geológicos e biológicos relativamente jovens (troncos e folhas fósseis, ossos, dentes, conchas, etc.), sendo de extrema utilidade na Arqueologia e nos estudos de mudanças recentes no nível do mar e no clima.

O C¹⁴ é formado na atmosfera superior através da ação de raios cósmicos, que são partículas de alta energia, sobre átomos de N¹⁴.

Na medida em que o C¹⁴ se forma, ele se combina com o oxigênio para formar dióxido de carbono (como acontece também com os demais isótopos de carbono), que circula na atmosfera e hidrosfera, sendo absorvido por plantas e animais. Embora o C¹⁴ decaia para N¹⁴, sua contínua formação na atmosfera mantém a razão C¹⁴/ C¹² praticamente constante, a qual é incorporada e mantida pelos organismos vivos. Ao morrer, o organismo deixa de absorver C, embora seu C¹⁴ continue a decair para N¹⁴, alterando essa razão e iniciando, em termos geocronológicos, a contagem do relógio geológico. Quanto mais tempo passar após a morte da planta ou do animal, menor será a quantidade de C¹⁴ preservada. Desta forma, comparando a razão C¹⁴/ C¹² medida na atmosfera com a razão moderna universal, é possível calcular o tempo decorrido desde a morte do organismo.

O QUE É A MORFOLOGIA FUNCIONAL EM ORGANISMOS FÓSSEIS?

A morfologia dos vertebrados também ajuda a desenvolver uma avaliação e entendimento sobre conceitos científicos que unem a biologia e refletem "como" a ciência funciona. Como John A. Moore formulou, ciência é um "modo de saber". A morfologia compara realça claramente as diferenças e as semelhanças entre os organismos. Os conceitos de homologia, analogia e homoplasia nos ajudam a entender a base dessas características comparadas.

Morfologia comparada dos vertebrados

A morfologia comparada trata a anatomia e do seu significado. O uso de "comparação" em morfologia comparada não é apenas conveniência. É uma ferramenta. A comparação de estruturas realça melhor as semelhanças e diferenças.

A comparação enfatiza os tópicos funcionais e evolutivos que os vertebrados apresentam em suas estruturas. A comparação também ajuda a formular as questões que podemos perguntar com relação às estruturas.

Por exemplo, peixes diferentes têm diferentes formas de nadadeira caudal. Na nadadeira homocerca, ambos os lobos são de tamanho igual, fazendo com que a nadadeira seja simétrica. Na nadadeira heterocerca, encontrada em tubarões e alguns outros grupos, o lobo superior é alongado. Por que essa diferença? A nadadeira homocerca é encontrada em peixes teleósteos (salmão, atum, trutas e outros).

Esses peixes apresentam uma bexiga natatória, um saco preenchido por ar que confere aos seus corpos densos uma flutuabilidade neutra. Eles ão afundam nem boiam para a superfície, então eles não precisam se esforçar para manter a sua posição vertical na água. Os tubarões, por outro lado, não tem a bexiga natatória e tendem a afundar. O lobo expandido da sua nadadeira caudal heterocerca proporciona uma ascensão durante a natação que ajuda a contrabalançar essa tendência para afundar. 

Portanto, as diferenças na estrutura homocerca versus heterocerca estão relacionadas com as diferenças na função. O motivo pelo qual um animal é estruturado de um modo particular está relacionado às necessidades funcionais daquele órgão ou membro. Forma e função estão ligadas.

A comparação de partes realça essas diferenças e nos ajuda a formular uma pergunta. A análise da função nos ajuda a responder nossa pergunta e nos dá um melhor entendimento da forma dos animais. A morfologia funcional é a disciplina que relaciona uma estrutura à sua função.

A morfologia em organismos fósseis

Em organismos fósseis, a função é muitas vezes difícil de reconstruir. No entanto, usando uma variedade de técnicas de modelagem biomecânica, como a Análise de Elementos Finitos (FEA, na sigla em inglês) ou Múltiplas Análises Dinâmicas (MDA, sigla em inglês), juntamente com a exploração do CT e visualização digital, é possível investigar a forma / função em relação aos animais extintos.

Estas técnicas são ferramentas particularmente poderosas, não só para comparar diferentes morfologias esqueléticas, mas também para testar os modelos hipotéticos de diferentes cenários e comportamentos.

Novas descobertas no campo da morfologia funcional

Pesquisadores da universidade de Bristol, utilizaram a Análise de Elementos Finitos, do crânio de Erlikosaurus andrewsi, de aproximadamente 3 a 4 m,  grande dinossauro herbívoro chamado de Therizinossauro, que viveu mais de 90 milhões de anos atrás durante o período Cretáceo no que hoje é a Mongólia, e que mostra evidências de que parte do seu focinho era coberto por um bico de queratina.

As simulações biomecânicas de Erlikosaurus andrewsi permitem testar diferentes configurações de crânio (com e sem o bico queratinoso), bem como os diferentes modos de alimentação.

Esta abordagem forneceu resultados precisos como eram as mordidas e forças musculares afetavam o crânio de Erlikosaurus durante o processo de alimentação, e para reconstruir o comportamento alimentar possível de Erlikosaurus andrewsi.

Os resultados deste estudo indicaram ainda que o desenvolvimento dos bicos e a presença de um ranfoteca (membrana córnea que recobre o bico das aves) queratinosa teria contribuído para dissipar o stress e tensão, fazendo com que a parte rostral do crânio menos susceptível à flexão e deslocamento.

Isto sugere que os bicos ceratinosos representam, portanto, uma inovação evolucionária desenvolvida no início dos terópodes derivados para aumentar a estabilidade do crânio, diferente de benefícios de economia de massa postulados associados à origem do voo.

Referências

KARDONG, Kenneth V. Vertebrados, Anatomia Comparada, Função e Evolução. Editora Roca LTDA, 2011. 10-3668. CDD: 596. CDU: 597/599.

Wilson Teixeira, M. Cristina Morra de Toleto, Thomas Rich Fairchild, Fabio Taioli. Decifrando a Terra. USP. Oficina de textos. 2003.