Como o relógio molecular pode resolver o mistério dos fósseis de há 538 milhões de anos

Os vestígios fossilizados mais antigos de animais complexos surgem de forma abrupta no registo fóssil - praticamente como se aparecessem do nada - em rochas com 538 milhões de anos.

Entre esses primeiros sinais encontram-se marcas muito simples (designadas Treptichnus), deixadas por algo semelhante a um verme, com cabeça e cauda. Logo depois, aparece rapidamente um conjunto de outros animais: ancestrais de vários grupos que hoje reconhecemos, incluindo artrópodes antigos com aspecto de caranguejo, moluscos com concha e os antepassados de estrelas-do-mar e ouriços-do-mar.

O facto de animais tão diferentes entre si surgirem tão depressa (e de não existirem em rochas apenas um pouco mais antigas) foi um quebra-cabeças para Charles Darwin, porque parecia contrariar a sua ideia de evolução gradual - e desde então tem continuado a intrigar os cientistas.

Ainda assim, um artigo científico recente pode apontar para uma solução.

O registo fóssil e o dilema de Darwin

Em 1859, Darwin escreveu em A Origem das Espécies: "Se a minha teoria for verdadeira … durante estes vastos … períodos de tempo, o mundo estava repleto de criaturas vivas. À pergunta de por que razão não encontramos registos destes vastos períodos primordiais, não consigo dar uma resposta satisfatória".

Hoje, continua a haver desacordo sobre quando, exatamente, estes animais antigos evoluíram. Uma parte central do problema nasceu com uma ideia desenvolvida no final do século XX: o chamado relógio molecular.

Como explico no meu livro A Árvore da Vida, o relógio molecular baseia-se na noção de que as alterações nos genes se vão acumulando de forma constante, como os tique-taques regulares de um relógio antigo.

Se isto for verdade, então bastaria contar quantas diferenças genéticas existem entre dois animais para estimar o grau de parentesco - e, por consequência, quão antigo é o seu ancestral comum.

Por exemplo, humanos e chimpanzés separaram-se há 6 milhões de anos. Imaginemos que um determinado gene do chimpanzé apresenta seis diferenças genéticas face ao gene equivalente no humano. Se os “tiques” do relógio molecular forem constantes, isso indicaria que uma diferença genética entre duas espécies corresponderia a um milhão de anos.

Em princípio, o relógio molecular permitiria situar eventos evolutivos em tempo geológico ao longo de toda a árvore da vida.

O relógio molecular e a idade do ancestral dos animais

Quando os zoólogos começaram a aplicar relógios moleculares desta forma, chegaram a uma conclusão extraordinária: o ancestral de todos os animais complexos teria vivido há 1,2 mil milhões de anos. Melhorias posteriores no método produziram estimativas muito mais razoáveis, colocando hoje a idade do ancestral animal por volta dos 570 milhões de anos.

Mesmo assim, esta data continua a ser cerca de 30 milhões de anos mais antiga do que os primeiros fósseis.

Este intervalo de 30 milhões de anos, na verdade, até dá algum alívio ao problema de Darwin: haveria tempo de sobra para o ancestral dos animais complexos evoluir com calma, dividindo-se em novas espécies, que a seleção natural poderia transformar gradualmente em formas tão distintas como peixes, caranguejos, caracóis e estrelas-do-mar.

O inconveniente é outro: aceitar uma data tão antiga implica imaginar que, durante 30 milhões de anos, uma variedade de animais antigos teria nadado, rastejado e deslizado por mares primordiais sem deixar um único fóssil. É esperado que existam falhas no registo fóssil - mas esta seria gigantesca.

Uma explicação comum para a ausência desses fósseis é que, durante esses 30 milhões de anos, os animais complexos seriam muito pequenos e de corpo mole, tornando-se difíceis de fossilizar. Depois, por volta de há 540 milhões de anos, segundo esta hipótese, esses organismos minúsculos teriam começado a aumentar de tamanho, talvez por causa do aumento dos níveis de oxigénio.

E é precisamente esse crescimento - a passagem a corpos maiores - que alguns cientistas têm usado para justificar o aparecimento súbito de animais complexos no registo fóssil.

Um relógio molecular que acelera no início

O novo artigo, assinado pelo paleontólogo Graham Budd e pelo matemático Richard Mann, propõe uma explicação diferente para o fosso entre o ancestral antigo previsto pelo relógio molecular e o aparecimento mais tardio - e aparentemente repentino - de fósseis complexos. Para Budd e Mann, o relógio molecular pode não “bater” com a regularidade que se assumia.

A ideia é simples: quando um grande grupo de organismos surge pela primeira vez, a evolução acelera.

Voltando ao exemplo, durante alguns milhões de anos o nosso relógio imaginário poderia não ter marcado uma diferença genética por milhão de anos, mas duas. Se o relógio “ticasse” mais depressa, pareceria que passou mais tempo do que realmente passou - como quando se coloca um vídeo em avanço rápido - e isso empurraria a idade calculada do ancestral dos animais para mais atrás no passado.

Genes a mudar mais rapidamente também permitiriam que a aparência dos animais se transformasse em menos tempo. Isto ajuda a desfazer o dilema de Darwin, porque facilitaria que os diferentes ramos da árvore dos animais se afastassem mais depressa uns dos outros. Assim, o primeiro ancestral animal poderia diversificar-se rapidamente, dando origem a vertebrados, moluscos, artrópodes e estrelas-do-mar.

No conjunto, o efeito desta proposta é aproximar muito mais a idade do ancestral dos animais complexos da altura em que os seus descendentes imediatos começam a surgir no registo fóssil.

O que esta hipótese pode esclarecer no futuro

A hipótese do relógio acelerado ainda precisa de ser testada, mas poderá explicar outras discrepâncias entre relógios moleculares e o registo fóssil. Talvez as primeiras plantas com flor tenham existido durante dezenas de milhões de anos antes de finalmente deixarem um fóssil. E esta ideia pode também contribuir para resolver discussões científicas sobre se os primeiros primatas, carnívoros e roedores terão realmente vivido ao mesmo tempo que os últimos dinossauros.

Pelo menos no que diz respeito à origem dos animais, estou convicto de que Darwin aprovaria.

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Max Telford, Professor Jodrell de Zoologia e Anatomia Comparada, UCL

Este artigo é republicado a partir da The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.