Para o olho destreinado, a maioria dos fósseis não parece estar explodindo de cor. A primeira análise científica da cor fóssil foi publicada apenas uma década atrás, e até recentemente, determinar a paleta de cores do mundo pré-histórico parecia uma tarefa intransponível.
Maria McNamara, paleontóloga da University College Cork, na Irlanda, está tentando reunir as provas fósseis para pintar uma imagem colorida do passado. Quando as pessoas pensam em paleontologia, geralmente pensam em dentes e ossos duros, mas as partes mais macias dos animais, como pele, tecido muscular e órgãos internos, também podem ser preservadas no registro fóssil. É muito mais raro, é claro, porque o material mole geralmente apodrece, mas tecidos moles são exatamente o tipo de espécimes que McNamara está procurando. Ela estuda os tecidos a partir de insetos e vertebrados, a fim de imaginar como eram esses bichos e como eles interagiam com seus ambientes - quais eram seus predadores, onde moravam, quais eram seus hábitos de acasalamento e muito mais.
McNamara discutirá seu trabalho para encontrar os remanescentes de cor em fósseis no simpósio "A maior série de sucesso da vida: eventos-chave na evolução" do Smithsonian National Museum of Natural History na sexta-feira, 29 de março, em Washington DC. Antes de sua palestra, o Smithsonian.com conversou com McNamara para aprender mais sobre as cores do mundo antigo.
Cientificamente falando, o que é cor e como ela é medida?
A cor é simplesmente a luz visível. Qualquer coisa que espalhe energia entre os comprimentos de onda de 400 e 700 nanômetros é o que os cientistas chamam de luz visível. O olho humano é treinado para perceber diferenças sutis de energia dentro dessa janela. Outros animais podem ver cores além daquela janela. Por exemplo, as aves têm sensibilidade à luz ultravioleta, para que possam perceber comprimentos de onda mais curtos de energia. Muitos insetos também podem ver luz ultravioleta e, potencialmente, no infravermelho, que tem comprimentos de onda mais longos. O que você chama de cor realmente depende do tipo de animal que você é.
Para colocá-lo em seus termos mais simples, a cor é uma forma de energia que podemos perceber, e diferentes comprimentos de onda criam cores diferentes.
De que maneira a cor se desenvolve na natureza?
A cor pode ser produzida de duas maneiras diferentes. Muitos organismos modernos, incluindo animais, produzem cor usando pigmentos. Os pigmentos são produtos químicos que absorvem seletivamente a luz de comprimentos de onda específicos. Por exemplo, as folhas das plantas parecem verdes porque as moléculas da clorofila dentro das folhas absorvem todos os comprimentos de onda na parte vermelha e azul do espectro, e refletem os verdes e amarelos que podemos ver.
Os insetos são a forma dominante de vida animal na Terra, com mais de 1 milhão de espécies descritas e, possivelmente, até 15 vezes mais desconhecidas. Entre os insetos, os besouros provaram ser um dos mais bem sucedidos - e coloridos - grupos, representando 40% de todas as espécies de insetos e 30% de todas as espécies de animais. (Chip Clark / Smithsonian Institution) O pigmento mais comum nas plantas é a clorofila, mas nos animais, alguns dos pigmentos mais comuns são as melaninas. Eles produzem a cor do nosso cabelo. Eles produzem as cores marrons nos fungos, por exemplo, e as cores em tons escuros das penas das aves.
Também temos pigmentos comuns chamados carotenóides, e estes são produzidos exclusivamente por plantas. Mas muitos animais ingerem carotenóides em sua dieta e os usam para colorir seus tecidos. Assim, por exemplo, a cor vermelha de um cardeal, comum na costa leste dos Estados Unidos, é produzida pelos carotenóides, que as aves ingerem em sua dieta de frutas e bagas. As penas cor-de-rosa dos flamingos derivam dos carotenóides das algas que os camarões minúsculos comem, que é a refeição favorita das aves.
Mas na verdade há toda essa maneira diferente de produzir cores, e isso é chamado de cor estrutural. A cor estrutural não usa pigmentos e usa estruturas de tecido muito ornadas em nanoescala. Basicamente, alguns tecidos de animais se dobram em estruturas altamente complexas no nível nanométrico - ou em outras palavras, na mesma escala que o comprimento de onda da luz. Essas estruturas afetam o modo como a luz passa através dos tecidos biológicos, de modo que elas podem essencialmente filtrar certos comprimentos de onda e produzir cores realmente fortes. E na verdade as cores estruturais são as cores mais brilhantes e mais intensas que recebemos na natureza.
Que tipos diferentes de cores, ou estruturas diferentes que produzem cores, você procura quando estuda esses fósseis?
Quando comecei a estudar cor, estava trabalhando com a cor estrutural dos insetos fósseis. Eu comecei a olhar para esses insetos metálicos. Eles mostraram azuis brilhantes, vermelhos, verdes e amarelos, mas ninguém jamais havia realmente estudado o que estava produzindo essas cores - havia apenas um único estudo de um fragmento de um pedaço de besouro.
Então eu estudei cerca de 600 desses insetos de diferentes localidades fósseis, e junto com alguns colaboradores, nós obtivemos permissão para colher amostras dos minúsculos fósseis. Quando fizemos isso, independentemente das espécies que estávamos observando, todas essas estruturas nesses insetos coloridos foram produzidas por uma estrutura chamada de refletor multicamada. Microscopicamente, basicamente parece um sanduíche com muitas camadas finas, talvez com apenas 100 nanômetros de espessura. Muitos insetos modernos têm estes em sua casca exterior. Quanto mais camadas houver, mais brilhante será a cor espalhada.
Fotografias de três dos taxa de escaravelhos que foram usados em estudos de tafonomia para replicar o processo de fossilização no laboratório. Durante o processo, as cores dos besouros mudaram. (G. Odin, M. McNamara e outros / Journal of The Royal Society Interface 1742-5662) Estávamos interessados em descobrir por que não estávamos encontrando outras estruturas, como cristais fotônicos tridimensionais, que são estruturas minúsculas, complexas e em camadas que interferem em partículas de luz chamadas fótons. As estruturas podem ser torcidas em uma estrutura de diamante, uma estrutura cúbica, uma estrutura hexagonal e estruturas ainda mais complexas. Muitos insetos e borboletas modernos mostram isso. Por exemplo, a moderna borboleta Morpho é essa fabulosa borboleta tropical azul com escamas que contêm cristais fotônicos 3D. Então nos perguntamos: "por que nunca os encontramos no registro fóssil?"
Por que você acha que só estava vendo estruturas refletoras multicamadas nos fósseis enquanto outras estruturas produtoras de cor existem nos insetos modernos?
Fizemos algumas fossilizações experimentais, o que é chamado de tafonomia. Replicamos os aspectos do processo de fossilização ao permitir que os refletores multicamadas e os cristais fotônicos 3D se degradassem no laboratório. Ambos sobreviveram ao experimento, que nos disse que esses cristais fotônicos 3D tinham o mesmo potencial de fossilização que os refletores multicamadas - portanto, eles devem estar no registro fóssil em algum lugar.
Nós começamos a procurar há alguns anos, e nós relatamos o primeiro caso de cristais fotônicos 3D em insetos fósseis. O exemplo em que os encontramos no campo é muito pequeno, então, em muitos casos, eles podem ser negligenciados.
Pode mudar de cor no processo de fossilização?
A questão que nos deparamos é se a cor preservada é a cor real. Inicialmente, estudamos a química da estrutura, assumindo que ela é igual aos insetos modernos - ou, em outras palavras, assumimos que a luz seria a mesma. Mas quando inserimos esses valores em nossos modelos de computador, eles não funcionaram. Os modelos nos disseram que as cores dos nossos fósseis realmente mudaram durante a fossilização.
Com nossos experimentos, pudemos descobrir que a mudança se devia ao excesso de pressão e, mais importante, à temperatura constante. A temperatura, descobrimos, realmente impulsiona a mudança de cor dessas cores estruturais porque a estrutura física diminui.
Ao estudar a cor de plantas e animais extintos, que espécies deixam para trás as melhores evidências?
Não é um caso de espécies particulares, é um caso de manter as coisas preservadas no caminho certo.
A maioria dos estudos que foram feitos até agora tem sido feita em penas, penas em pássaros ou dinossauros, e todos eles foram preservados como compressões de carbonatação: fósseis formados em rochas sedimentares sob imensa pressão. Isso é problemático porque você não preserva as partes da pena que são responsáveis pelas cores que não são melanina.
Nas aves existentes, a melanina é quase onipresente e os efeitos da melanina são modificados pela presença de outros pigmentos. Então, se você pegar novamente as penas vermelhas de um cardeal, elas parecem vermelhas, mas por dentro, elas contêm carotenóides e também melanossomas. Se aquela pena de pássaro passar pela fossilização, os carotenóides se degradarão e tudo o que restaria seriam melanossomos [e você não saberia que o cardeal era vermelho].
Existe um perigo muito real de que muitas das reconstruções que estamos examinando de pássaros fósseis e dinossauros emplumados possam não ser representativas das cores dos organismos como poderíamos pensar. Se você encontrar evidências de melanina em fósseis, isso pode ser indicativo de padronização, mas não do tom real. Assim, argumentamos que esses fósseis de carbonação provavelmente não são ideais para estudos de cor fóssil.
Embora os cientistas ainda não saibam de que cor eram os dinossauros, eles podem estudar a evidência fóssil de penas e peles, como neste pterossauro, para ter uma idéia do sombreamento. (Z. Yang, B. Jiang, M. McNamara, et al. / Nature Ecology & Evolution 3, 24-30 (2019)) Que tipos de fósseis preservam melhor a cor?
Achamos que deveríamos procurar por fósseis preservados no fosfato de cálcio mineral. Esse foi o caso da cobra que estudamos em 2016. As cores da cobra estão preservadas; toda a pele da cobra é preservada em fosfato de cálcio. A beleza do fosfato de cálcio é que ele preserva tudo. Os pigmentos inteiros da pele são preservados, incluindo os três tipos de pigmentos que produzem cor nos répteis modernos. Preserva a cor estrutural: vermelho e amarelo e a cor escura.
Esses tipos de fósseis onde você bloqueou tudo em fosfato de cálcio, são na verdade um alvo muito melhor para estudos de cor fóssil do que a compressão de carbonatação.
Então, que cor eram os dinossauros?
Temos vários dinossauros emplumados que temos melanina nestes padrões de cores, e nos pássaros modernos, a coloração da melanina é modificada por outros pigmentos. Esses outros pigmentos não são preservados como fósseis, então não podemos ter certeza por enquanto.
Se encontrássemos uma pele de dinossauro que estivesse realmente bem preservada, teríamos uma boa chance de reconstruir a cor com mais detalhes. O problema é que a maior parte da pele de dinossauro é preservada como impressões. Há vários exemplos em que você retém um filme orgânico ou mineralizado, mas, embora alguns tenham sido estudados, nenhum produziu detalhes dos pigmentos.
Hoje, muitas vezes vemos cores brilhantes como avisos tóxicos para os predadores ou como uma exibição luxuosa para atrair um parceiro, ou outras cores mais sutis para servir como camuflagem. Que propósito a cor serviu para os primeiros animais coloridos?
Muitos dinossauros que vemos têm um contra-golpe, que é quando as costas e os lados são de cor mais escura e a barriga tem uma cor mais pálida. Esta é uma estratégia usada por muitos animais modernos para ajudar a quebrar o contorno do corpo em ambientes de luz forte [e fornecer camuflagem].
Em um dinossauro de penas que estudamos, a cauda tem uma linha muito marcante. Esse tipo de bandagem é muito comum em animais hoje e, quando ocorre em outras áreas do corpo, é normalmente usado para camuflagem. Mas neste dinossauro específico, está localizado na cauda. Assim, o alto contraste de cores na cauda nos animais modernos é frequentemente usado na sinalização sexual, portanto, para exibições de acasalamento.
A cobra fóssil que estudamos quase certamente usava cores para camuflagem. Tinha manchas bem marcantes ao longo de seu comprimento, e essas manchas provavelmente serviam novamente como camuflagem disruptiva, para quebrar o contorno do corpo sob forte luz.
Uma borboleta Morpho peleides azul vibrante, que possui estruturas de cristal fotônico 3D para produzir sua tonalidade brilhante. (Marka / UIG / Getty Images) A mariposa fóssil e alguns insetos fósseis que estudamos com cores estruturais - percebemos que suas cores tinham uma função dupla porque tinham uma cor verde muito marcante. Essa cor é enigmática quando o inseto se esconde na vegetação, mas quando essas borboletas se alimentam das plantas hospedeiras, haveria um contraste de cores nítidas com as pétalas da flor. Muitos insetos usam isso como um sinal de alerta para anunciar que um predador está próximo.
Que novas ferramentas temos para estudar tecidos moles, e o que podemos aprender que não conseguimos aprender com os fósseis até agora?
Dez anos atrás, a noção de que os fósseis poderiam preservar a cor dificilmente estava no radar - havia apenas um estudo. Doze anos atrás, ninguém saberia que isso era possível.
Existem várias técnicas de espectrometria de massa que analisam os fragmentos moleculares na superfície do seu material, mas nem todos os fragmentos são diagnósticos. Existem técnicas químicas que produzem fragmentos únicos das moléculas de melanina, então você não pode confundi-las com qualquer outra coisa. As pessoas também estão olhando para a química inorgânica de fósseis e tentando recuperar evidências de cores.
Portanto, é realmente importante considerar a tafonomia, a química dos tecidos e a evidência da cor, e uma maneira realmente interessante de extrair a biologia dos efeitos da fossilização é fazer experimentos.
O simpósio “Os maiores sucessos da vida: eventos-chave na evolução” em 29 de março de 2019 acontece das 10h às 16h30 no Museu Nacional de História Natural e conta com 10 biólogos evolucionistas e paleontólogos internacionalmente aclamados. Bilhete estão disponíveis aqui.
