Fósseis considerados comuns podem guardar segredos biológicos de milhões de anos

Paleontólogos têm sorte de encontrar conjuntos completos de ossos fossilizados. Às vezes, eles descobrem impressões delicadas, mas que ainda se mantém preservadas, como penas. Além dessas pistas, a maior parte da biologia das espécies extintas – seu DNA, órgãos internos e química única – foi totalmente destruída pelos muitos milhões de anos que nos separam. Mas e se, no final das contas, essas características puderem ser coletadas?

É isso o que dizem alguns cientistas. Para eles, é possível extrair informações biológicas muito mais complexas de fósseis aparentemente mundanos, incluindo coisas que os paleontólogos não esperam sobreviver ao longo de milhões de anos, como pele e casca de ovo.

A paleobióloga molecular Jasmina Wiemann está na vanguarda dessa pesquisa empolgante desde 2018, em coautoria de artigos que revelam elementos de fósseis que não podem ser vistos imediatamente com nossos olhos, mas podem ser detectados por meio de uma série de análises químicas e estatísticas complexas.

Em seu artigo recente, publicado com Jason Crawford e Derek Briggs, Wiemann se baseia em outra pesquisa semelhante dos últimos dois anos. Ela e os co-autores afirmam que podem determinar as assinaturas químicas da pele, ossos, dentes e casca de ovo. Melhor ainda: podem treinar qualquer pessoa em aproximadamente 20 minutos para encontrar esses vestígios antigos usando suas técnicas. É uma oportunidade que eles esperam que seja amplamente utilizada nas coleções de museus em todo o mundo.

Considere que a maioria dos museus exibe apenas uma pequena porcentagem dos fósseis que possui em sua coleção. Os fósseis escolhidos para exibição são esqueletos parcialmente completos ou fósseis facilmente reconhecíveis pelo público em geral. O que resta nos depósitos de muitas coleções são prateleiras com as peças restantes: fósseis menos chamativos, mas que oferecem uma visão sobre a vida antiga.

Nesta captura podemos ver células fossilizadas de dinossauros, vasos sanguíneos e matriz óssea. Imagem: Jasmina Wiemann

É necessário um conjunto específico de circunstâncias para que algo sobreviva por milhões de anos. E se o item se fossilizar, pense na pressão e calor que ele sofre ao longo de eras. Embora seja notável que ossos e outros tecidos duros sobrevivam, se presume atualmente que estruturas menos resistentes, como células, vasos sanguíneos, pele e seus blocos de construção moleculares, não são capazes de sobreviver, especialmente depois de centenas de milhões de anos.

As biomoléculas – blocos de construção químicos que esses cientistas procuram – são as moléculas que constituem todos os tecidos animais: proteínas, lipídios e açúcares. Os produtos específicos da fossilização das biomoléculas indicam a que tipo de animal um tecido fóssil pertenceu, se foi biomineralizado e exatamente que tipo de tecido representa.

Em vez de procurar uma molécula específica em um fóssil em particular, os cientistas queriam determinar quais moléculas (se houver alguma) estavam no conjunto de amostras de fósseis que exploraram. O que eles descobriram foi que vestígios de certas moléculas antigas sobreviveram – quimicamente alteradas -, mas ainda eram distintas. A equipe identificou diferentes tipos de fósseis moleculares e interpretou seu significado biológico.

Wiemann foi uma das estudantes escolhidas para apresentar pesquisas para o Prêmio Romer na reunião anual deste ano da Sociedade de Paleontólogos de Vertebrados. Sua apresentação, intitulada “Biomoléculas fósseis revelam a fisiologia e a paleobiologia de amniotas extintos”, descreveu o método que ela desenvolveu usando a espectroscopia Raman para determinar biomoléculas fósseis e como isso pode ser aplicado para uma maior compreensão dos animais extintos em tempos profundos.

“Uma formação em química fornece uma abordagem diferente para problemas complexos: as moléculas são invisíveis a olho nu, então muitas vezes é necessário um certo grau de criatividade e transferência de conhecimento de ciências relacionadas para entender completamente como as reações operam”, disse Wiemann.

O campo da paleontologia existe há mais de 200 anos e, nesse tempo, aprendemos a encontrar ossos e determinar o que são para aprender como esses animais morreram, o que comeram, que doenças tinham, estudando tecidos dentro dos ossos, rastreando a genética e aprendendo mais sobre os aspectos sutis da evolução. Cada geração se baseou no trabalho daqueles que vieram antes dela. E de vez em quando, há saltos substanciais em nossa compreensão – tecnologia e percepções que nos deixam sem fôlego.

Foto ampliada da matriz extracelular de uma vértebra Allosaurus fragilis. As fibras da matriz originalmente colágena são preservadas, e os osteócitos (células ósseas) com filipódios são escuros e preenchidos. Imagem: Wiemann et al/Nature Communications 2018

A afirmação de que proteínas, lipídios e açúcares podem realmente sobreviver além dos 3,8 milhões de anos estimados atualmente aceitos pela ciência – e que essa pesquisa pode ser aplicada a qualquer fóssil descoberto até o momento – é espantosa. As implicações do que podemos aprender podem mudar a face da paleontologia.

Controvérsias

Com novas afirmações ousadas, também vem o ceticismo.

As maiores controvérsias em torno deste trabalho são que ele desafia três premissas científicas de longa data: 1) que em grande parte não se espera que tecidos antigos sobrevivam à fossilização; 2) que os ambientes oxidativos dos quais os fósseis estudados por Wiemann se originaram não são necessariamente propícios à preservação; e 3) que as chances de contaminação microbiana em qualquer fóssil são altas.

“O que é radical sobre esse modelo é que eles estão sugerindo preservação orgânica em ambientes altamente oxidados, porque esses são os ambientes que promovem esse tipo de química. Isso é muito diferente, não só do que entendemos em geologia, onde tendemos a associar alto conteúdo orgânico a baixo oxigênio, mas também em termos de bioarqueologia e química de ossos muito mais recentes. O que sabemos desse trabalho é que há uma degradação e esgotamento da matéria orgânica original no osso e, simultaneamente, um aumento da contaminação do meio ambiente ao longo do tempo”, nos contou Evan Saitta, pesquisadora associada no Museu de História Natural de Chicago, via telefone.

Em outras palavras, muitas vezes olhamos para ambientes com baixo teor de oxigênio como locais ideais para a preservação de fósseis. Ambientes ricos em oxigênio geralmente estão associados à decomposição. Mas não é isso que Wiemann e colegas estão sugerindo neste artigo, oferecendo uma janela para novos mundos possíveis de preservação geológica.

Para outros paleontólogos, existem preocupações de que apenas uma tecnologia – microespectroscopia Raman – foi usada para determinar as biomoléculas. Para ser claro, a espectroscopia Raman é incrivelmente complexa por si só. O método foi desenvolvido pelo físico Chandrasekhara Venkata Raman em 1928, pelo qual ganhou o Prêmio Nobel em 1930. Em termos mais básicos, um laser excita as moléculas na superfície de qualquer tipo de amostra de modo que elas vibrem e produzam luz espalhada. As ligações químicas alteram essa luz de maneiras que permitem aos cientistas interpretar o que são.

A paleontóloga e professora da Universidade do Estado da Carolina do Norte, Mary Schweitzer, diz que usar a espectroscopia Raman sozinha não é suficiente para determinar se compostos químicos orgânicos complexos de uma criatura extinta estão realmente presentes em um fóssil.

“Raman é um bom método para detectar grupos funcionais ou a presença de ligações de amida, que são realmente consistentes com proteínas. Mas ligações de amida também podem ser encontradas em colas, consolidantes (comumente aplicados no campo durante a recuperação), biofilme, meio de incorporação se o fóssil foi seccionado e muitos outros compostos, ou como resultado de contaminação normal de laboratório”, escreveu Schweitzer em um e-mail.

O professor de física Hans Hallen, da mesma universidade, e colaborador de Schweitzer, trabalha com espectroscopia Raman desde os anos 1990. Ele disse que sua maior preocupação é que “parece que eles estão subtraindo parte do sinal Raman real com sua técnica de linha de base adaptativa”. “Não importa a técnica que você use: vai ser difícil. Raman é uma boa técnica, mas tem seus problemas”, ponderou.

Uma preocupação comum era que outras técnicas, como cromatografia, espectrometria de massa e ressonância Raman, também não eram empregadas para confirmar biossinais de moléculas antigas. A cromatografia e a espectrometria de massa, no entanto, requerem a destruição do fóssil para obter informações.

A maioria das universidades tem acesso à espectroscopia Raman padrão, e é um método não destrutivo. Essa acessibilidade e a preservação dos próprios fósseis foram importantes para Wiemann e seus co-autores. Aliás, ela disse que a preocupação em confiar apenas na espectroscopia Raman já havia sido abordada em um artigo que ela e seus colegas publicaram há um ano. Se essa tecnologia fosse um processo novo, questionamentos sobre sua eficácia poderiam ser justificados. Mas é uma técnica usada extensivamente desde os anos 1970.

Em relação às preocupações de contaminação, Wiemann e sua equipe testaram especificamente a semelhança de assinaturas moleculares em tecidos moles fósseis e colas de poliacrilamida em seus estudos mais recentes, demonstrando que a matéria orgânica fóssil não é o resultado de contaminação, pelo menos nas amostras analisadas.

Perspectivas

Apesar dos possíveis entraves, o fato de Wiemann e seus colaboradores serem capazes de desvendar segredos dentro dos fósseis e serem capazes de treinar outros para fazer isso oferece um potencial incrível para nossa compreensão da vida neste planeta.

“Espero que, no futuro, os cientistas interessados ​​nas relações dos animais, na evolução das inovações fisiológicas e nos tipos de tecido animal explorem as bioassinaturas moleculares para complementar as descobertas anatômicas dos fósseis. Os dados moleculares têm o potencial de fornecer perspectivas completamente novas sobre a história da vida e podem ser a chave para ir além das limitações atuais do registro fóssil”, disse Wiemann.