A evolução das asas não só permitiu que os insectos antigos se tornassem as primeiras criaturas na Terra a serem levadas para os céus, mas também impulsionou a sua ascensão para se tornarem uma das grandes histórias de sucesso da natureza, de acordo com um novo estudo.
Compreendendo até 10 milhões de espécies vivas, os insectos podem hoje ser encontrados em todos os sete continentes e habitam todos os nichos terrestres imagináveis. Mas de acordo com o registro fóssil, eles eram escassos antes de cerca de 325 milhões de anos atrás, superados por seus primos artrópodes os aracnídeos (aranhas, escorpiões e ácaros) e miríades (centopéias e milípedes).
O mais antigo fóssil confirmado de insetos é o de uma criatura sem asas, parecida com o peixe prateado, que viveu há cerca de 385 milhões de anos. Só cerca de 60 milhões de anos mais tarde, durante um período da história da Terra conhecido como Pennsylvanian, é que os fósseis de insectos se tornam abundantes.
“Tem havido bastante mistério em torno de como os insetos surgiram primeiro, porque por muitos milhões de anos você não tinha nada, e então de repente uma explosão de insetos”, disse a primeira autora do estudo Sandra Schachat, uma estudante de pós-graduação da Escola da Terra de Stanford, Energia & Ciências Ambientais (Stanford Earth).
Muitas idéias foram propostas para explicar esta curiosa lacuna no registro fóssil dos insetos, que os cientistas chamaram de Hexapod Gap.
De acordo com uma hipótese popular, o tamanho e a abundância dos insetos foram limitados pela quantidade de oxigênio disponível na atmosfera terrestre durante o período Devoniano tardio.
A evidência mais forte para esta teoria é um modelo de oxigênio atmosférico durante os últimos 570 milhões de anos que o falecido geólogo de Yale, Robert Berner, desenvolveu comparando as proporções de oxigênio e carbono em rochas e fósseis antigos.
De acordo com o modelo da Berner, o nível de oxigénio atmosférico há cerca de 385 milhões de anos, durante o início do Hexapod Gap, estava abaixo dos 15%, tão baixo que os incêndios teriam sido insustentáveis. (Para comparação, a concentração actual de oxigénio atmosférico é de cerca de 21%)
Outra possibilidade é que os insectos eram abundantes antes de 323 milhões de anos atrás, mas não aparecem no registo fóssil porque os tipos de sedimentos terrestres capazes de os preservar não sobreviveram.
Sem desculpas
No novo estudo, publicado esta semana na revista Royal Society Proceedings B, Schachat e seus colegas testaram ambos os argumentos – que os insetos com baixa limitação de oxigênio ou que as rochas não eram adequadas para preservar os fósseis. Primeiro, a equipa actualizou o modelo quase decadente da Berner usando registos de carbono actualizados.
Quando fizeram isto, o mergulho no oxigénio atmosférico durante o Devoniano tardio desaparece. “O que este estudo mostra é que a inibição ambiental por baixo oxigênio pode ser descartada porque não é compatível com os dados mais atuais”, disse o coautor do estudo e paleontólogo da Terra de Stanford Jonathan Payne.
Para testar a hipótese de “rochas ruins”, a equipe analisou uma base de dados pública de tipos de rochas norte-americanas por diferentes períodos na história da Terra e não encontrou nada de incomum sobre os sedimentos do Devoniano tardio. “As rochas poderiam ter contido fósseis de insectos. O fato de não indicarem a escassez de insetos durante esse período é real e não apenas um artefato de má sorte com preservação”, disse Schachat, que também é membro do Smithsonian Institution em Washington, DC.
Um efeito transformador
Não apenas as duas explicações mais populares para o Hexapod Gap parecem ser infundadas, os cientistas disseram que um estudo do registro fóssil do inseto sugere que o próprio Hexapod Gap pode ser uma ilusão.
Como parte do novo estudo, a equipe reexaminou o antigo registro fóssil do inseto e não encontrou nenhuma evidência direta de asas antes ou durante o Hexapod Gap. Mas assim que as asas aparecem 325 milhões de anos atrás, os fósseis de insetos se tornam muito mais abundantes e diversificados.
“O registro fóssil parece exatamente como você esperaria se os insetos fossem raros até que evoluíssem as asas, e nesse ponto eles aumentaram muito rapidamente em diversidade e abundância”, disse Payne.
Schachat disse que é notável que os dois primeiros insetos alados no registro fóssil são um inseto parecido com uma libélula e um inseto parecido com um gafanhoto. Estes representam os dois principais grupos de insetos alados: as libélulas têm “asas velhas”, que não podem dobrar em seus abdomes, e os gafanhotos têm “asas novas”, que são dobráveis.
“Os dois primeiros insetos alados no registro fóssil são quase tão diferentes um do outro quanto você poderia esperar”, disse Schachat. “Isto sugere que, uma vez originados os insetos alados, eles se diversificaram muito, muito rapidamente. Tão rapidamente que sua diversificação parece, de uma perspectiva geológica e das evidências disponíveis no registro fóssil, ter sido instantânea”
Novos nichos
Ser o primeiro e único animal capaz de voar teria sido extremamente poderoso”. O voo permitiu que os insectos explorassem novos nichos ecológicos e proporcionou novos meios de fuga. “De repente, sua abundância pode aumentar porque você pode simplesmente fugir de seus predadores muito mais facilmente”, disse Schachat. “Você também pode comer as folhas que estão no topo de uma árvore sem ter que subir a árvore inteira”
Insetos voadores também poderiam criar nichos que não existiam antes. “Imagine um inseto onívoro que voa até o topo das árvores para se alimentar”, disse Schachat. “De repente, há um nicho para um predador que pode voar até o topo da árvore para comer esse inseto. As asas permitiram que os insetos expandissem o conjunto de nichos que podem ser preenchidos. Foi realmente revolucionário”
Embora o novo estudo ligue a evolução do vôo à ascensão dos insetos, ele levanta novas questões sobre como e porque eles evoluíram as asas em primeiro lugar, disse o co-autor do estudo Kevin Boyce, um professor associado de ciências geológicas em Stanford Earth. “No Devoniano, havia apenas alguns insetos, todos sem asas”, disse Boyce. “Mas você sai pelo outro lado e nós temos voo. O que aconteceu no meio? Boa pergunta.”
Payne também é membro da Stanford Bio-X e afiliado do Stanford Woods Institute for the Environment. O artigo também inclui co-autores do Instituto Smithsonian, Ohio State University e University of Iowa.
O financiamento do estudo foi fornecido pela National Science Foundation.