Diferentes Processos de Fossilização
Fossilização
De modo geral, a fossilização exige a combinação de três principais requisitos ligados ao organismo e ao ambiente onde ele se encontra após a morte: 1- a existência de partes esqueléticas mineralizadas (ossos, conchas, troncos etc); 2- a rápida proteção, comumente por sedimentos como lama e areia, e 3- a permanência prolongada em uma região onde sedimentos estejam sendo acumulados e transformados em rocha, normalmente em áreas subsidentes chamadas bacias sedimentares (Figura 1). Vestígios tais como pegadas e pistas seguem o mesmo protocolo.
Partes duras, espessas ou porosas
Nem todos os grupos de animais (Filos) ou vegetais (Divisões) possuem partes fossilizáveis, e por isso vemos no registro geológico apenas uma parcela da diversidade da vida. Organismos sem partes rígidas, resistentes ou porosas, tais como alguns cnidários, nemátodos, ctenóforos, plantas hepáticas, flores etc, muito raramente deixaram registro geológico como restos fossilizados. Por outro lado, dentre aqueles com partes fossilizáveis como moluscos, artrópodes, vertebrados, ginospermas, nem todos viveram em locais onde a preservação podia ocorrer, e da mesma forma, nem tudo se preservou.
Portanto, não vemos o registro dos animais e plantas em sua plenitude. Ao contrário, vemos muito pouco. Por exemplo, dos cerca de 35 filos animais conhecidos, apenas sete deixaram um registro geológico contínuo e numeroso – cnidários, moluscos, artrópodos, braquiópodos, briozoários, equinodermos e cordados – não por acaso todos com representantes possuidores de esqueletos ou carapaças rígidas, mineralizadas (veja tabela abaixo). Com as plantas ocorre o mesmo. O registro está repleto de plantas vasculares como licopodiófitas, equisetófitas, pteridófitas, cicadófitas, gincófitas, pinófitas, gnetófitas, onde a presença de espessos tecidos rígidos e porosos de difícil degradação favoreceu a preservação. No entanto, animais como os platelmintos, anelídeos, nemátodos etc, e plantas carófitas (algas) e briófitas (musgos e hepáticas) etc, exceto em condições muito especiais, praticamente não aparecem no registro geológico.
Tabela 1 (modificada). Representatividade dos 35 filos de metazoários e o registro fossilífero.
| Sem registro | Registro pontual | Registro extraordinário | Registro comum |
| Orthonectida | Nemertea | Porífera | Cnidaria |
| Rhombozoa | Entoprocta | Ctenophora | Molusca |
| Monoblastozoa | Annelida | Platyelminthes | Arthropoda |
| Gnathostomulida | Echiura | Rotifera | Brachyopoda |
| Gastrotricha | Siphuncula | Priapulida | Bryozoa |
| Kinorhyncha Vestimentifera Loricifera Acanthocephala Nemathomorpha | Pogonophora Pentastomida Phoronida | Nematoda Tardigrada Onycophora Chaetognatha Hemichordata | Echinodermata Chordata |
Proteção
Mas não basta ter partes rígidas, resistentes ou porosas, é preciso proteção.
A grande maioria dos fósseis foi guardada e protegida em sedimentos que mais tarde foram transformados em rochas, a melhor e mais duradoura embalagem. Proteção pode ser oferecida ainda por diversos tipos de materiais em diferentes condições geológicas e ambientais. Por exemplo, muitos mamutes estão preservados em solo congelado na Sibéria. Restos de vertebrados terrestres são comuns em poços de betume (asfalto) aflorantes na superfície em diferentes regiões do mundo, em lama anóxica de lagos pantanosos, em resina vegetal (âmbar), ou desidratados no interior de cavernas de regiões desérticas como no altiplano Boliviano. Estas, no entanto, não são embalagens de longa duração, com fósseis que, na maioria dos casos, não passam de alguns milhares de anos de idade. Além disso, estes cadáveres não estão em áreas de bacias sedimentares ativas e, embora de alguma forma protegidos, nunca estarão sob uma espessa camada de sedimento, e sofrerão a ação contrária ao recobrimento, a erosão, e logo desaparecerão.
O gelo mais antigo conhecido está na Antártica, 700 mil anos, e deve guardar indícios de vida como pólen, algas, e bactérias com até esta idade. Fósseis muito antigos (milhões de anos) só resistiram porque estiveram recobertos sob centenas ou milhares de metros de sedimentos, e por isso resistiram às dezenas ou centenas de milhões de anos.
Organismos com partes duras que viveram ou então transportados para ambientes onde sedimentos estavam sendo acumulados, foram preservados e terão que resistir à dinâmica terrestre. Assim como a Terra acumula sedimentos e produz rochas sedimentares, ela também as destrói, e com elas os fósseis que guardou. Erosão e metamorfismo são os dois processos mais comuns aos quais os fósseis normalmente não resistem.
Assim, possuir partes duras, ser rapidamente protegido, viver e morrer no lugar certo (uma bacia sedimentar), são três condições que favorecem o processo de fossilização. No entanto, na maioria dos casos, nem sempre é tão simples. Antes de ser recoberto e protegido, um resto pode ter que enfrentar outro momento – a fase bioestratinômica.
Mortos, os restos orgânicos como carapaças, esqueletos, troncos etc, não mais recebem manutenção do organismo, não têm partes reparadas, não controlam mais para onde vão. Assim, após a morte, muita coisa poderá acontecer. Além da erosão e do metamorfismo, do que mais os restos orgânicos precisam ser protegidos?
Bioestratinomia e Tafonomia
A segunda parte da história de uma carapaça começa após a morte do organismo. Muito pode acontecer com conchas, ossos, dentes, folhas, troncos e sementes, após serem abandonados, quando deixam de ter o controle biológico do seu proprietário e ganham outro status, o de bioclastos. Nesta nova fase, os bioclastos estão sujeitos a processos físicos, químicos, biológicos e sedimentares atuantes no ambiente onde se encontram. Esta etapa, que ocupa o tempo entre a morte e a imersão final nos sedimentos onde será fossilizado, é chamada fase bioestratinômica.
Nada, pouco, ou muito poderá ocorrer neste período: o tempo e o ambiente decidirão. Se o evento que mata o organismo é o mesmo que o recobre, por exemplo, quando um animal entocado é soterrado por uma torrente de sedimentos, seus restos não serão expostos aos processos destrutivos e o tempo da sua fase bioestratinômica será igual a zero. Comumente, a conservação de restos como neste caso oferece ao paleontólogo, além do local exato da sua morte (bioclasto autóctone, preservado do ambiente de vida), um retrato parcial e fiel da sua atitude, seu modo de vida. Devido a eventos como estes sabemos que na Argentina dinossauros organizavam seus ovos em ninhos em grandiosas colônias; que na Mongólia Oviraptor protegia seu ninho durante tempestades de areia; que na China filhotes permaneciam um bom tempo no ninho após o nascimento; e que no Brasil, o crocodilo Uberabasuchus se entocava durante a época da seca etc.
No entanto, o tempo entre a morte e o recobrimento pode ser maior que zero. Expostos durante semanas, meses ou anos, o bioclasto poderá seguir o caminho da destruição, e desaparecerá.
É nesta fase que as acumulações de partes biológicas são formadas, e a disciplina que as estuda é a tafonomia.
A destruição
Restos de animais e vegetais podem seguir diferentes caminhos após serem abandonados pelos seus produtores (veja, por exemplo, os caminhos seguidos pela concha de um molusco na Figura 2). Após a morte ou então como resultado do processo de muda, milhares e até milhões de partes fossilizáveis podem ser lançadas a cada ano em uma determinada região, no ambiente marinho ou continental, uma zona onde a tafonomia está ativa, onde a dinâmica sedimentar e a biologia são atuantes, por exemplo, por meio de ondas, correntes e o trânsito de animais.
Sem cobertura sedimentar ou outro tipo de proteção, o destino dos bioclastos é a destruição, o desaparecimento, e isto pode ocorrer por diferentes razões, bióticas e abióticas. Oxidação, dissolução, pisoteio, transporte por correntes causando fragmentação e abrasão, ataques biológicos de bactérias, incrustação por epibiontes, animais carniceiros, animais detritívoros etc, são muito comuns. É mais fácil destruir um bioclasto que preservá-lo. Esta foi a regra desde o início da vida, especialmente para organismos que viveram nas áreas continentais, nas quais a erosão chega cedo ou tarde, e especialmente para aqueles não diretamente associados às áreas onde sedimentos estavam sendo acumulados. Estes efeitos, somados à dinâmica da crosta que destrói as rochas pela erosão, ou impede o acúmulo de sedimentos, deixou no registro bem menos de 1% dos restos dos esqueletos das espécies que viveram nos últimos 600 milhões de anos.
A possibilidade da preservação
Uma vez na fase bioestratinômica, lançados na zona tafonômica ativa, os bioclastos poderão seguir os caminhos da preservação, e serem fossilizados com uma qualidade que pode variar de excelente (intacta) até péssima, apresentando fraturas, quebras, marcas de abrasão e bioerozão.
Os processos que ocorrem entre a morte e o soterramento final do bioclasto – fase bioestratinômica – podem ser interrompidos rapidamente – após horas ou dias -, perdurar por algumas semanas, ou se estenderem por meses ou anos até bem perto da sua destruição total. Processos bioestratinômicos que atuarão neste intervalo deixarão suas marcas nos bioclastos – quebras, fraturas, desgastes – e estes serão vistos nos restos fossilizados. Estas marcas impressas nos fósseis são chamadas de assinaturas tafonômicas, e se interpretadas corretamente nos dirão muito sobre os processos sedimentares atuantes após a morte do organismo.
Interpretando as assinaturas tafonômicas
Se o bioclasto sobreviver à fase bioestratinômica, muitas impressões deixadas pelo ambiente poderão ser observadas na sua superfície.
Excluindo a destruição total, toda informação impressa nos restos após a morte pode ser interessante e bastante valiosa. Caso o organismo seja soterrado em vida, o que excluí a fase bioestratinômica, informações igualmente importantes serão fornecidas sob o exato local e modo de vida daquele organismo.
Por outro lado, a morte de um animal poderá ocorrer nas proximidades de um rio, e seus restos serão transportados para regiões deltaicas ou mesmo para o mar aberto onde as chances de recobrimento também serão boas. Se a morte ocorrer nas planícies periodicamente inundadas pelas enchentes dos rios (planícies aluviais), a possibilidade de preservação será ampliada, pois a regra nessas áreas é a deposição de sedimentos e a proteção dos restos esqueléticos se tratando de uma bacia sedimentar. No caso de material transportado, como no primeiro caso, a preservação de esqueletos dissociados, fragmentados, com marcas de abrasão, mais difíceis de serem estudados e interpretados é mais comum. No entanto, o transporte terá imprimido nos restos as assinaturas que indicarão se o material foi transportado por curta ou longa distância, se ocorreu a seleção de tamanho, se foi retrabalhado para fora do seu ambiente (fóssil alóctone) ou se ainda permanece no mesmo ambiente de vida (fóssil parautóctone).
No caso de animais marinhos como a maioria dos invertebrados (moluscos, artrópodes, etc.), dos vertebrados (como os mesossauros e ictiossauros), e em geral, de animais que vivem junto aos rios e lagos (crocodilos e tartarugas), a possibilidade de preservação de seus restos é grandemente ampliada, o que fez deles animais sempre muito bem representados no registro geológico.
A figura 1.1 mostra bloco bioestratinômico mostrando vários caminhos que uma concha poderá seguir após a morte.
O que os fósseis nos ensinam?
Os fósseis nos ensinam muitas lições sobre a história da Terra e da Vida, conceitos ligados à evolução geológica e biológica, às relações de parentesco entre os grupos de animais e plantas, extinções, diversidade biológica ao longo do tempo, mudanças ocorridas nos ambientes antigos, na paleogeografia e paleoclima.
Sem os fósseis é difícil ter a percepção da imensidão do tempo geológico. Com eles, pontuamos eventos ao longo de uma extensa linha temporal e somente com eles percebemos suas dimensões, assim como a medida dos passos da vida ao longo dos quatro bilhões de anos de sua existência. Sinais de carbono orgânico foram encontrados em rochas com 4,1 bilhões de anos de idade e restos antigos da vida bacteriana foram encontrados carbonizados em rochas australianas com 3,5 bilhões de anos de idade. Sinais da vida Eucariótica tornam-se abundantes por volta de 2 bilhões de anos. 1,6 bilhões de anos mais tarde, a vida multicelular se espalhou pelos oceanos tropicais, construiu carapaças, se diversificou, e nos 550 milhões de anos seguintes deixou registrado nas rochas milhares de eventos que nos ajudam a compreender e perceber as dimensões tempo geológico. Neste imenso intervalo, aparecem em rochas formadas em ambiente marinho as carapaças dos primeiros invertebrados, bem como os ossos dos primeiros vertebrados. As plantas logo construíram as primeiras sementes e com elas avançaram sobre os continentes. Os invertebrados terrestres e os primeiros tetrápodos as seguiram com sua “semente” animal, o ovo aminiótico. Não demorou e nasceram os primeiros répteis marinhos, os dinossauros, pterossauros e mamíferos. Tudo isso ocorreu sobre em uma crosta dinâmica, onde continentes e oceanos nasceram e morreram, carregando a vida para diferentes regiões da Terra.
Tempo Geológico
Seriam necessários muitos livros para que contássemos em detalhes cada dia que vivemos. Como seriam registrados os dias até 66 milhões de anos atrás quando os grandes dinossauros desapareceram? Ou até o final da Era Paleozoica, 251 milhões de anos atrás, na maior crise biológica que a Terra experimentou?
Aqui e ali apenas fragmentos desta história rochosa foram preservados, na maior parte dos casos sem o registro da vida. Enquanto partes da crosta afundam e acumulam sedimentos que mais tarde darão origem a rochas com fósseis, outras são soerguidas e expostas à erosão, sendo completamente destruídas.
No entanto, uma pequena fração ficou preservada, e sem ela o passado geológico seria quase completamente misterioso e obscuro. O da vida, nem tanto. Conhecendo as relações de parentesco entre os grupos biológicos atuais é possível inferir a trajetória da vida ao longo dos últimos bilhões de anos. Sua pré-história ficou guardada em seus genes. A diferença no material genético entre os organismos equivale ao tempo de separação entre as linhagens – milhares, milhões ou bilhões de anos atrás. É o relógio molecular. Ele nos dá uma ideia das dimensões temporais da vida, da sua longevidade, e da separação de linhagens irmãs. Por exemplo, temos grande proximidade genética com os chimpanzés. Compartilhamos com eles 96% do DNA, o que mostra que as duas linhagens se separaram pouco tempo atrás. O relógio molecular (e o registro paleontológico) mostram que estes 4% de diferenças foram acumulados após a separação das linhagens ocorrida na África entre 5 e 8 milhões de anos atrás, idade muito próxima dos fósseis mais antigos das linhagens ancestrais – Ardipithecus , Sahelanthropus , e Orrorin . Já os 20% de diferenças que nosso DNA apresenta em relação aos ornitorrincos foram acumulados nos últimos 166 milhões de anos. Por 1,5 bilhões de anos acumulamos 80% de material genético distinto quando a linhagem que nos trouxe até aqui separou-se das plantas. São os fósseis que calibram estas idades. No entanto, ainda que tenhamos os genomas atuais com suas diferenças, precisamos dos fósseis e das rochas para nos dar a percepção do tempo.
Muito do que eles nos ensinam não podemos aprender com o DNA. A vida foi grande protagonista na história geológica da Terra, transformando-a desde a formação da crosta terrestre à camada gasosa que a envolve. A vida mudou constantemente a superfície terrestre, e sem ela este seria um planeta completamente diferente. Sem os fósseis, jamais perceberíamos a velocidade com que a evolução transformou o DNA. Portanto, os fósseis nos oferecem ainda a percepção do Tempo Biológico.
Diagênese dos fósseis
Tabela 2- Composição mineral das partes duras de alguns invertebrados
Os minerais mais comuns que constituem as partes duras e esqueletos de organismos estão resumidos na tabela abaixo.
| Calcita | Calcita e/ou aragonita | Opala |
| Foraminíferos planctônicos | Gastrópodes | Diatomáceas |
| Braquiópodes articulados | Briozoários | Radiolários |
| Ostracódeos | Moluscos bivalves | Silicoflagelados |
Os minerais acima podem ser identificados através de alguns testes simples que medem algumas de suas propriedades físicas e químicas. As mais importantes são: dureza, solubilidade em ácidos e cor do traço.
Dureza corresponde a resistência ao risco ou desgaste mecânico. Ela é medida em comparação com uma escala chamada escala de Mohs. A escala varia de 1 a 10, sendo o mineral menos duro o talco (dureza 1) e o mais duro o diamante (dureza 10). Minerais mais duros riscam os mais moles. Minerais da mesma dureza riscam-se mutuamente.
A dureza dos minerais que compõem os fósseis são as seguintes: calcita/aragonita = 3; quartzo (opala) = 7.Dessa maneira o quartzo risca a calcita, mas não é riscado por ela.
Para testar a dureza das partes duros dos fósseis pode-se usar uma gilete ou canivete (o aço tem dureza 5 a 6). Isso quer dizer que o aço risca a calcita, mas não o quartzo.
Solubilidade em ácidos é a reação dos minerais dos fósseis quanto ao ataque de ácidos. A calcita/aragonita (CaCO3) é solúvel em ácidos fracos, por exemplo, HCl diluído em água a 5-10% (ou mesmo suco de limão e Coca-Cola), enquanto o quartzo não o é. Uma gota de HCl sobre a calcita/aragonita produz efervescência pela liberação de CO2 (não confundir com fervura! )
Traço é a marca deixada por um mineral atritado sobre uma superfície mais dura, sob a forma de uma linha colorida. Alguns minerais têm traço característico. A pirita (Fe2S), que pode ocorrer substituindo a parte dura de fósseis, deixa um traço preto sobre uma superfície áspera.
Tabela 3- CATEGORIAS DE FÓSSEIS E PROCESSOS DE FOSSILIZAÇÃO (Simões & Holz, 2000).
| 1- RESTOS | |
| A- Partes Duras e Moles SEM Alteração (CONSERVAÇÃO TOTAL) | 1- Criopreservação (Mamutes no gelo) |
| 2- Dessecação (dinossauros mumificados) | |
| 3- Inclusão em Âmbar (Insetos no âmbar) | |
| B- Partes Duras SEM Alteração Química (CONSERVAÇÃO PARCIAL) | 1- Conservação de Parte Dura (conchas, ossos) |
| 2- Permineralização (lenhos, ossos) | |
| 3- Incrustação (ossos e conchas em cavernas) | |
| C- Partes Duras SEM Alteração Química e COM Estrutura Alterada | 1- Recristalização (conchas) |
| D- Partes Duras COM Alteração Química | 1- Incarbonização ou destilação (restos vegetais) |
| 2- Substituição (Silicificação, Piritização, Limonitização, Carbonatização) | |
| 2- VESTÍGIOS | |
Moldagem | A- Contra Molde |
| B- Molde Interno | |
| C- Molde Externo | |
| Atividade biogênica | D- Estruturas Biogênicas/Icnofósseis |
Copiado integralmente com a autorização dos autores:
Anelli, L.E.; Leme, J.M.; Oliveira, P.E.; Fairchild, T,R. 2020. Paleontologia. Guia de aulas práticas, uma introdução ao estudo dos fósseis. Universidade de São Paulo, Instituto de Geociências, 8a ed., 104p.
*Todos os direitos do textos e figuras são reservados aos autores