Darwin, o relógio molecular e o registo fóssil dos animais complexos há 538 milhões de anos

Os vestígios fossilizados mais antigos de animais complexos entram no registo fóssil de forma abrupta e, aparentemente, sem aviso - em rochas com 538 milhões de anos.

Entre esses primeiros sinais contam-se marcas muito simples, fossilizadas, conhecidas por Treptichnus, deixadas por algo semelhante a um verme, com cabeça e cauda. Logo a seguir surgem numerosos outros animais, que estão na origem dos grandes grupos actuais: artrópodes antigos com aspecto de caranguejo, moluscos com concha e os antepassados de estrelas-do-mar e ouriços-do-mar.

O facto de aparecerem, num curto intervalo, animais tão distintos entre si - e de não existirem em rochas apenas um pouco mais antigas - foi um verdadeiro incómodo para Charles Darwin, por parecer contrariar a sua proposta de evolução gradual. E, desde então, tem deixado os cientistas perplexos.

Ainda assim, um artigo científico recente poderá oferecer uma forma de resolver este problema.

O desafio de Darwin e o aparecimento súbito no registo fóssil

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

Actualmente, não há consenso sobre quando evoluíram estes animais antigos. Uma parte importante da dificuldade nasce de uma ideia desenvolvida no final do século XX: o chamado relógio molecular.

Como explico no meu livro A Árvore da Vida, o relógio molecular assenta na noção de que as alterações nos genes se acumulam a um ritmo constante, como os tiques regulares de um relógio de pêndulo.

Se esse pressuposto for válido, então basta contar as diferenças genéticas entre dois animais para estimar quão afastado é o seu parentesco - ou seja, há quanto tempo viveria o antepassado comum.

Pensemos num exemplo: humanos e chimpanzés separaram-se há 6 milhões de anos. Suponhamos que um determinado gene do chimpanzé apresenta seis diferenças em relação ao gene correspondente no humano. Se o relógio molecular marcar sempre o mesmo ritmo, isso indicaria que uma diferença genética entre duas espécies equivaleria a um milhão de anos.

Em teoria, o relógio molecular permitiria posicionar acontecimentos evolutivos no tempo geológico ao longo de toda a árvore da vida.

Quando os zoólogos começaram a aplicar relógios moleculares desta maneira, chegaram a uma conclusão extraordinária: o antepassado de todos os animais complexos teria vivido há 1.2 mil milhões de anos. Mais tarde, com melhorias sucessivas, passaram a obter-se estimativas muito mais plausíveis, colocando a idade do antepassado dos animais por volta de 570 milhões de anos.

Mesmo assim, esse valor continua a ser cerca de 30 milhões de anos mais antigo do que os primeiros fósseis.

O “relógio molecular” e o intervalo de 30 milhões de anos

Este desfasamento de 30 milhões de anos até acaba por ser conveniente para Darwin. Significaria que houve tempo de sobra para o antepassado dos animais complexos evoluir sem pressas, dividindo-se em novas espécies, que a selecção natural poderia transformar gradualmente em formas tão diferentes como peixes, caranguejos, caracóis e estrelas-do-mar.

O problema é que essa data mais antiga implica que muitos animais teriam nadado, rastejado e deslizado nesses mares durante 30 milhões de anos sem deixar um único fóssil. É expectável haver falhas no registo fóssil - mas esta seria enorme.

Uma explicação frequentemente invocada para a ausência de fósseis é a seguinte: durante esses 30 milhões de anos, os animais complexos seriam muito pequenos e moles, e por isso difíceis de fossilizar. Depois, por volta de 540 milhões de anos, diz a hipótese, esses animais começaram a crescer, talvez devido ao aumento dos níveis de oxigénio.

Com base nessa mudança de tamanho, alguns investigadores têm procurado justificar a aparição súbita de animais complexos no registo fóssil.

A proposta de Graham Budd e Richard Mann: quando o relógio acelera

O novo artigo, assinado pelo paleontólogo Graham Budd e pelo matemático Richard Mann, apresenta uma explicação alternativa para o fosso entre o antepassado antigo sugerido pelo relógio molecular e o surgimento mais tardio - e mais repentino - de fósseis complexos. Para Budd e Mann, o relógio molecular poderá não funcionar de modo tão regular quanto se tem assumido.

A ideia central é que, quando um grande grupo de organismos aparece pela primeira vez, a evolução acelera.

Voltando ao exemplo anterior, o nosso relógio hipotético poderia, durante alguns milhões de anos, não marcar um tique por milhão de anos, mas dois. Se o relógio “corresse” mais depressa, pareceria que passou mais tempo do que o real - como quando se acelera a reprodução de um vídeo - e isso empurraria a idade do antepassado dos animais para um passado mais remoto.

Se os genes mudassem mais rapidamente, também o aspecto dos animais poderia alterar-se num período mais curto. Isso ajuda a desfazer o dilema de Darwin, porque torna mais fácil que os vários ramos da árvore dos animais se diferenciem entre si. O primeiro antepassado animal poderia diversificar-se rapidamente em vertebrados, moluscos, artrópodes e estrelas-do-mar.

No conjunto, a consequência desta proposta é aproximar muito mais a idade do antepassado dos animais complexos da altura em que aparecem no registo fóssil os seus descendentes imediatos.

O que isto pode significar para outras discrepâncias entre genes e fósseis

Embora a hipótese do relógio acelerado precise de ser testada, poderá igualmente explicar outros desacertos 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 talvez ajude a encerrar discussões sobre se primatas, carnívoros e roedores iniciais viveram mesmo ao lado dos últimos dinossauros.

Pelo menos no que toca à origem dos animais, estou convencido 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 Commons Criativos. Leia o artigo original.