Os primeiros vertebrados com mandíbulas e dentes
Há mais de 400 milhões de anos, os placodermos — peixes blindados cujos corpos eram revestidos por placas ósseas — tornaram-se os primeiros vertebrados da Terra a desenvolver mandíbulas e dentes. Esse marco evolutivo antecede os dinossauros em centenas de milhões de anos e preparou o terreno para quase todos os animais que mordem, mastigam e engolem que vieram depois, incluindo os humanos.
Um novo estudo da Flinders University reconstruiu agora como um grupo desses antigos predadores realmente usava a boca. Trabalhando com fósseis de um antigo recife que um dia cobriu o que hoje é o norte da Austrália Ocidental, os pesquisadores descobriram que os placodermos que viveram há cerca de 385 milhões de anos haviam adotado não uma, mas duas soluções separadas para lidar com presas que reagiam.
Duas estratégias para romper armaduras
A descoberta central é uma divisão no equipamento alimentar entre espécies de tamanhos diferentes. Os placodermos menores examinados no estudo dependiam de placas amplas e achatadas de esmagamento, capazes de pulverizar presas inteiras em uma única mordida. As espécies maiores seguiram um caminho totalmente diferente, desenvolvendo dentes semelhantes a armas, capazes de perfurar e despedaçar animais com concha e armadura que eram simplesmente grandes demais para engolir.
Ambas as abordagens resolviam o mesmo problema básico — atravessar um exterior duro para alcançar o tecido mole interno —, mas as respostas anatômicas não se parecem em nada. Uma é uma prensa de trituração. A outra é um conjunto de instrumentos perfurantes.
Mandíbulas formadas por placas pareadas, não por ossos únicos
Compreender a alimentação dos placodermos exige deixar de lado suposições baseadas em animais modernos. Como explicou o primeiro autor, Dr. Rex Mitchell, que estuda a relação entre dieta e formato do crânio, os placodermos não possuíam um único osso da mandíbula inferior como a maioria dos vertebrados vivos, incluindo os humanos. Em vez disso, suas mandíbulas eram montadas a partir de placas ósseas pareadas sustentadas por cartilagem, e as superfícies de mordida dessas placas variavam de amplas plataformas de esmagamento a bordas cortantes afiadas revestidas de estruturas semelhantes a dentes.
Essa variação é exatamente o que tornou o grupo digno de estudo. Sem um único osso mandibular restringindo sua anatomia, os placodermos eram livres para explorar uma ampla gama de designs mecânicos ao longo de milhões de anos de evolução.
Reconstruindo uma mordida antiga com simulações computacionais
Para descobrir como esses designs se comportavam na prática, os pesquisadores combinaram uma técnica de análise por elementos finitos com simulações computacionais e análise tridimensional das superfícies de mordida. A análise por elementos finitos, emprestada da engenharia, divide uma estrutura em muitas partes pequenas e modela como as forças se propagam por ela — uma abordagem bem adequada para testar se uma mandíbula poderia suportar as tensões de quebrar presas de casca dura.
Usando essas ferramentas, a equipe reconstruiu o comportamento alimentar de oito espécies de placodermos, montando um quadro de como cada uma teria lidado com o alimento nos ecossistemas marinhos da Austrália pré-histórica.
Os resultados não corresponderam ao padrão que os pesquisadores esperavam. A Dra. Alice Clement, ARC Future Fellow envolvida no trabalho, observou que animais que se alimentam de alimentos duros normalmente desenvolvem mandíbulas mais fortes e superfícies de esmagamento mais amplas e achatadas. Essa expectativa, disse ela, não foi o que esta análise revelou — as espécies maiores investiram, em vez disso, em equipamento perfurante, e não em placas achatadas reforçadas.
Um padrão inesperado em animais que se alimentam de alimentos duros
A discrepância importa porque complica uma regra arrumada sobre como a dieta molda a anatomia. Se os especialistas em alimentos duros normalmente convergem para o mesmo design robusto de mandíbula de topo achatado, então a comunidade de placodermos do recife representa uma alternativa genuína. Em vez de uma única solução ótima para quebrar armaduras, a evolução aqui produziu um sistema de duas vias, dividido em parte por linhas de tamanho corporal.
Uma leitura plausível, com base na mecânica de mordida reconstruída, é que as duas estratégias eram adequadas a tamanhos de presa diferentes, e não a durezas de presa diferentes. Peixes menores podiam dar conta de vítimas inteiras com uma placa de esmagamento. Peixes maiores precisavam incapacitar e desmontar animais blindados que excediam o que podiam engolir, e estruturas afiadas, semelhantes a dentes, serviam melhor a esse propósito do que uma prensa ampla.
Uma janela rara para a especialização inicial das mandíbulas
Clement descreve os placodermos como tendo experimentado uma variedade extraordinária de formatos de mandíbula e peças de mordida durante a evolução inicial dos vertebrados, o que os torna um estudo de caso excepcionalmente valioso. Por estarem tão próximos da origem das próprias mandíbulas, eles preservam evidências sobre como algumas das primeiras peças bucais dos vertebrados se especializaram para dietas específicas — uma transição que, de outra forma, é difícil de observar diretamente.
O cenário do antigo recife acrescenta a esse valor. Os fósseis vêm de um rico ecossistema marinho que sustentava várias espécies de placodermos simultaneamente, o que significa que as diferentes estratégias alimentares não estavam separadas por vastos períodos de tempo. Elas coexistiam.
O que o estudo abre
A pesquisa, publicada na Scientific Reports, demonstra o valor de combinar anatomia fóssil com modelagem computacional. Descrições tradicionais de ossos da mandíbula podem revelar a forma, mas não o desempenho mecânico; simulações de tensão e deformação permitem aos pesquisadores testar se uma determinada estrutura poderia, de forma realista, esmagar, cortar ou perfurar tipos específicos de presa.
A aplicação dessa combinação a oito espécies produziu evidências de partição alimentar em um único recife antigo. Também levanta questões de acompanhamento sobre quão difundido era o padrão, se os placodermos em outros lugares do planeta dividiam suas estratégias alimentares de maneira semelhante e quanto da variação remonta ao tamanho corporal, em vez da dureza do alimento disponível.
O que está claro é que os primeiros vertebrados com mandíbula não ficaram presos a um único caminho evolutivo. Dentro de uma linhagem, em um recife, há cerca de 385 milhões de anos, a maquinaria da mordida divergiu em pelo menos dois designs funcionais — um construído para pulverizar, o outro para perfurar.
Principais descobertas em resumo
- Os placodermos foram os primeiros vertebrados a desenvolver mandíbulas e dentes, há mais de 400 milhões de anos.
- Pesquisadores da Flinders University analisaram oito espécies que viveram há cerca de 385 milhões de anos em um antigo recife no que hoje é o norte da Austrália Ocidental.
- Espécies menores usavam placas amplas e achatadas de esmagamento para pulverizar presas inteiras.
- Espécies maiores desenvolveram dentes semelhantes a armas para perfurar e despedaçar presas blindadas grandes demais para engolir.
- As mandíbulas dos placodermos eram formadas por placas ósseas pareadas sustentadas por cartilagem, e não por um único osso da mandíbula inferior.
- Análise por elementos finitos, simulações computacionais e análise de superfície 3D foram combinadas para reconstruir a mecânica alimentar.
Este artigo é baseado em reportagem do Phys.org. Leia o artigo original.
Originally published on phys.org
