Como os dinossauros evoluíram para pássaros

Embora muitos dinossauros nunca tenham saído do solo, eles ainda possuíam a estrutura estrutural básica para o voo.

Espécime fóssil da espécie Rhamphorhynchus muensteri. (Crédito: Zissoudisctrucker via Wikipedia)



Principais conclusões
  • Em seu novo livro, 'A Very Short History of Life on Earth', o autor e editor Henry Gee conta a história de como formas de vida simples e antigas abriram o caminho para todas as criaturas que existem hoje.
  • Este trecho do livro de Gee explora como os dinossauros desenvolveram as estruturas e habilidades necessárias para o voo.
  • Todas as aves podem ser rastreadas até um grupo de dinossauros chamados terópodes.

O seguinte é um trecho de UMA CURTA HISTÓRIA DE VIDA NA TERRA. Usado com a permissão do editor, St. Martin's Press. Direitos autorais Henry Gee 2021.



Os dinossauros sempre foram feitos para voar. Começou com seu compromisso com o bipedismo, que sempre foi bem maior do que o de suas muitas relações de crocodilo.

A maioria das criaturas habitualmente quadrúpedes tem um centro de massa na região do peito. É preciso muita energia para que eles se levantem em seus membros posteriores. Isso torna difícil para eles ficarem confortavelmente em pé por qualquer período de tempo. Nos dinossauros, por outro lado, o centro de massa estava sobre os quadris. Um corpo relativamente curto à frente dos quadris era contrabalançado por uma cauda longa e rígida atrás. Com os quadris como fulcro, os dinossauros podiam ficar de pé sobre os membros traseiros sem esforço. Em vez dos membros atarracados e robustos da maioria dos amniotas, os dinossauros podiam crescer seus membros posteriores longos e finos. As pernas são mais fáceis de mover se forem mais delgadas nas extremidades. Quanto mais fácil as pernas se moverem, mais fácil será correr rápido. Os membros anteriores, não mais necessários para correr, foram reduzidos, as mãos deixadas livres para outras atividades, como agarrar presas ou escalar.



Construído como uma longa alavanca, equilibrada em longas pernas, os dinossauros tinham um sistema de coordenação que monitorava constantemente sua postura. Seus cérebros e sistemas nervosos eram tão afiados quanto qualquer animal que já existiu. Tudo isso significava que os dinossauros podiam não apenas ficar de pé, mas também correr, se balançar, girar e fazer piruetas com um equilíbrio e graça como a Terra nunca tinha visto antes. Era para provar uma fórmula vencedora.

Os dinossauros varreram tudo antes deles. No final do Triássico, eles se diversificaram para preencher todos os nichos ecológicos em terra, assim como os terapsídeos no Permiano — mas com elegância consumada. Dinossauros carnívoros de todos os tamanhos caçavam herbívoros dinossauros, cuja defesa era crescer muito ou se vestir com armaduras tão grossas que pareciam tanques. Nos saurópodes, os dinossauros voltaram a ser quadrúpedes e se tornaram os maiores animais terrestres que já viveram, alguns medindo mais de cinquenta metros de comprimento e, em argentinossauro , pesando mais de setenta toneladas.

E, no entanto, nem eles escaparam inteiramente da predação. Eles foram predados por carnívoros gigantescos: tubarões terrestres como Carcharodontosaurus e Giganotossauro , culminando - nos últimos dias dos dinossauros - em Tiranossauro Rex.



Nesta única criatura, o potencial da construção única dos dinossauros foi levado ao seu maior extremo. Os membros posteriores desse monstro de cinco toneladas eram colunas gêmeas de tendões e músculos em que a velocidade e a graça de seus ancestrais eram trocadas por poder prodigioso e força quase imparável. Equilibrado em seus quadris poderosos por uma longa cauda, ​​o corpo era relativamente curto, os membros anteriores reduzidos a meros vestígios, a massa concentrada nos poderosos músculos do pescoço e mandíbulas profundas. As mandíbulas estavam cheias de dentes, cada um do tamanho, forma e consistência de uma banana, se bananas fossem mais duras que aço. Estes eram capazes de força esmagadora de ossos, perfurando a armadura de herbívoros do tamanho de ônibus lentos, mas bem defendidos, como anquilossauros e os de muitos chifres. Triceratops . tiranossauro e seus parentes arrancavam pedaços sangrentos de suas presas e as engoliam inteiras — carne, osso, armadura e tudo mais.

Mas os dinossauros também se destacavam por serem pequenos. Alguns eram tão pequenos que poderiam ter dançado na palma da sua mão. O Microraptor, por exemplo, era do tamanho de um corvo e não pesava mais de um quilo; o peculiar Yi, parecido com um morcego, diminuto tanto no nome quanto no tamanho, pesava menos da metade disso.

A variação de tamanho dos terapsídeos ia de elefantes grandes a terriers pequenos, mas os dinossauros excediam até mesmo esses extremos. Como os dinossauros ficaram tão grandes – e tão pequenos?



Começou com a forma como respiravam.

Houve uma ruptura, profundamente na história dos amniotas. Nos mamíferos – os últimos terapsídeos sobreviventes, retrocessos do Triássico ainda corajosamente pendurados na sombra dos dinossauros – a ventilação era uma questão de inspirar e expirar novamente. Considerada objetivamente, esta é uma maneira ineficiente de obter oxigênio para o corpo e dióxido de carbono para fora. A energia é desperdiçada puxando o ar fresco pela boca e nariz para os pulmões, onde o oxigênio é absorvido pelos vasos sanguíneos que circundam os pulmões. Mas os mesmos vasos sanguíneos devem liberar dióxido de carbono residual para os mesmos espaços, que devem ser exalados pelos mesmos orifícios pelos quais o ar fresco entrou. e fenda com ar fresco em uma única inspiração.



PARA P. antigo espécime (AMNH 1942) mostrando impressões musculares no peito e membranas das asas. ( Crédito : Meg Stewart via Wikipedia)

Os outros amniotas — dinossauros, lagartos e outros — também inspiravam e expiravam pelos mesmos orifícios, mas o que acontecia entre a inspiração e a expiração era bem diferente. Eles desenvolveram um sistema unidirecional para manuseio de ar, o que tornou a respiração muito eficiente. O ar entrou nos pulmões, mas não saiu imediatamente. Em vez disso, o ar era desviado, guiado por válvulas unidirecionais através de um extenso sistema de sacos de ar por todo o corpo. Embora visto em alguns lagartos até hoje, foram os dinossauros que elaboraram esse sistema em seu grau mais alto. Os espaços aéreos — em última análise, extensões dos pulmões — cercavam os órgãos internos e até penetravam nos ossos. Os dinossauros estavam cheios de ar.

Este sistema de tratamento de ar era tão elegante quanto necessário. Com sistemas nervosos poderosos e vidas ativas que exigiam a aquisição e o gasto de grandes quantidades de energia, os dinossauros eram quentes. Essa atividade energética exigia o transporte mais eficiente de ar para os tecidos famintos de oxigênio que pudessem ser inventados. Essa rotatividade de energia criou um grande excesso de calor. Os sacos de ar são uma boa maneira de se livrar dele. E esse foi o segredo do tamanho enorme que alguns dinossauros alcançaram: eles eram resfriados a ar.

Se um corpo cresce, mas mantém sua forma, seu volume crescerá muito mais rápido do que sua área de superfície. Isso significa que, à medida que um corpo fica maior, há muito mais dele no interior em relação ao exterior. Isso pode se tornar um problema para a aquisição de alimentos, água e oxigênio de que um corpo necessita – bem como eliminar os resíduos e o calor gerado pela digestão dos alimentos e simplesmente viver. Isso ocorre porque a área disponível para colocar e retirar as coisas diminui em relação ao volume de tecidos que devem ser servidos.

A maioria das criaturas é microscópica, então nada disso é um problema, mas para qualquer coisa muito maior do que um sinal de pontuação, torna-se um problema. Isso é resolvido, primeiro, pela evolução de sistemas especializados de transporte, como vasos sanguíneos, pulmões etc. elefantes para as complexidades internas dos pulmões, que cumprem a importante função de dissipar o excesso de calor, além das trocas gasosas.

Os mamíferos, quando finalmente foram libertados de um mundo dominado por dinossauros e capazes de crescer até algo maior que um texugo, resolveram esse problema de isolamento soltando pelos à medida que cresciam e suando. O suor secreta água na superfície da pele e, à medida que ela evapora, a energia necessária para transformar o suor líquido em vapor é liberada por minúsculos vasos sanguíneos logo abaixo da pele, criando um efeito de resfriamento. Mas o ar exalado dos pulmões também é responsável pela perda de calor – e é por isso que alguns dos mamíferos peludos ofegam, expondo uma língua comprida e úmida ao alívio evaporativo do ar. O maior mamífero terrestre foi Paraceratério, um parente alto, esguio e sem chifres dos rinocerontes, que viveu cerca de 30 milhões de anos atrás, muito depois do desaparecimento dos dinossauros. Cresceu para cerca de quatro metros no ombro e pesava até vinte toneladas.

Mas os maiores dinossauros eram muito, muito maiores do que isso. A área de superfície de um saurópode gigantesco, como o de setenta toneladas e trinta metros de comprimento argentinossauro, entre os maiores animais terrestres que já existiram, era diminuto em comparação com seu volume. Mesmo mudanças na forma, como estender o pescoço e a cauda, ​​não foram suficientes para dissipar todo o calor gerado por seu interior espaçoso.

Embora os saurópodes fossem muito grandes, é uma regra geral que os animais grandes têm taxas metabólicas mais relaxadas do que os menores, então eles geralmente correm um pouco mais frios. Aquecer um dinossauro desse tamanho ao sol levaria muito, muito tempo - mas resfriá-lo levaria o mesmo tempo, então um dinossauro muito grande, uma vez aquecido, poderia manter uma temperatura corporal bastante constante simplesmente por ser muito grande.

Foi, no entanto, a herança dos dinossauros que os salvou – e permitiu que eles crescessem tanto. Como seus pulmões, já volumosos, se estendiam em um sistema de sacos aéreos que se ramificavam por todo o corpo, esses animais eram menos maciços do que pareciam. Os sacos de ar nos ossos também mantinham o esqueleto leve. Os esqueletos dos maiores dinossauros eram triunfos da engenharia biológica, os ossos reduzidos a uma série de suportes ocos de sustentação de peso, com o menor número possível de partes sem sustentação de peso.

Mas a chave era o fato de que o sistema interno de sacos aéreos fazia mais do que conduzir o calor dos pulmões. Levava calor dos órgãos internos diretamente, sem primeiro ter que transportá-lo pelo corpo através do sangue, depois para os pulmões e, em seguida, dissipando parte dele no caminho, agravando o problema. Um grande beneficiário foi o fígado, que gerava muito calor e, em um grande dinossauro, era do tamanho de um carro. O funcionamento interno refrigerado a ar dos dinossauros era mais eficiente do que a versão mamífera refrigerada a líquido. Isso permitiu que os dinossauros se tornassem muito maiores do que os mamíferos jamais poderiam, sem se ferverem vivos.

argentinossauro era menos um gigante desajeitado do que um pássaro de pés leves, quadrúpede, que não voava. Pois são os pássaros, os herdeiros dos dinossauros, que têm a mesma estrutura leve, o mesmo metabolismo acelerado e o mesmo sistema de resfriamento do ar. Todos eles são extremamente vantajosos para o voo, uma atividade que exige uma estrutura leve.

Restauração hipotética de Argentinosaurus huinculensis . ( Crédito : Nobu Tamura)

O vôo também está associado a penas. Um casaco de plumagem era uma característica dos dinossauros desde muito cedo em sua história. No início, as penas eram mais parecidas com cabelos, uma característica compartilhada com os pterossauros, o primeiro grupo de vertebrados que aprenderam a voar no Triássico – e que eram parentes próximos dos dinossauros. Mesmo sem voar, um casaco de penas oferecia isolamento essencial para um pequeno animal que gerava muito calor. O problema enfrentado pelos dinossauros pequenos e ativos era o oposto daquele que desafiava os muito grandes – evitar que todo aquele calor caro se dissipasse no meio ambiente. Mas essas penas simples logo desenvolveram palhetas, farpas e cores. Animais tão inteligentes e ativos quanto os dinossauros tinham vidas sociais ocupadas, nas quais a exibição social desempenhava um papel importante.

Outra chave para o sucesso dos dinossauros foi a postura de ovos. Embora os vertebrados em geral sempre tenham posto ovos – um hábito que permitiu a conquista final da terra pelos primeiros amniotas – muitos vertebrados reverteram ao hábito ancestral, encontrado nos primeiros vertebrados com mandíbula, de gerar filhotes vivos. É tudo uma questão de encontrar uma estratégia que proteja a prole sem incorrer em um custo muito oneroso para o pai. Os mamíferos começaram botando ovos. Quase todos eles se tornaram portadores vivos, mas a um custo terrível. A criação de animais vivos exige grandes gastos de energia, e isso estabelece limites para os tamanhos que os mamíferos podem alcançar em terra. Também limita o número de descendentes que podem produzir de uma só vez.

Nenhum dinossauro, no entanto, jamais nutriu sua prole dessa maneira. Todos os dinossauros botavam ovos — assim como todos os arcossauros. Sendo criaturas inteligentes e ativas, os dinossauros maximizaram o sucesso de sua prole incubando os ovos em ninhos e cuidando dos filhotes após a eclosão. Muitos dinossauros, particularmente os herbívoros mais gregários, como os saurópodes, bem como os hadrossauros menores e mais bípedes que substituíram amplamente os saurópodes no Cretáceo, fizeram seus ninhos em colônias comunais que dominavam a paisagem, estendendo-se de horizonte a horizonte. As fêmeas de dinossauros extraíam o interior de seus próprios ossos para fornecer cálcio suficiente para seus ovos, um hábito que os pássaros mantiveram.

Era um sacrifício que valia a pena em vista das vantagens oferecidas pela postura de ovos. O ovo amniota é uma das obras-primas da evolução. Consiste não apenas em um embrião, mas também em uma cápsula completa de suporte à vida. O ovo contém comida suficiente para levar um animal à eclosão, bem como um sistema de descarte de resíduos para garantir que essa biosfera independente não seja envenenada. O ato de botar um ovo significava que um dinossauro estava livre dos problemas e despesas de nutrir os filhotes dentro de seu próprio corpo.

Alguns dinossauros gastavam energia cuidando de seus filhotes após a eclosão — mas não estavam vinculados a essa obrigação. Alguns enterravam seus ovos em um buraco quente ou monturo e deixavam os jovens se arriscarem. A energia de outra forma gasta na reprodução e na criação de um pequeno número de descendentes poderia ter sido gasta em outro lugar - por exemplo, colocando um número muito maior de ovos do que qualquer quantidade de nutrição interna teria permitido. E, claro, crescendo. Os dinossauros cresceram rapidamente. Os saurópodes precisavam crescer o mais rápido possível, até ficarem grandes demais para os carnívoros. Os carnívoros tiveram que crescer rapidamente em resposta. tiranossauro Rex , por exemplo, atingiu sua massa adulta de cinco toneladas em menos de vinte anos, crescendo até dois quilos por dia - uma taxa de crescimento muito mais rápida do que seus parentes menores.

Os dinossauros e seus parentes imediatos passaram milhões de anos acumulando tudo o que precisavam para voar: penas, metabolismo acelerado, resfriamento eficiente do ar para mantê-lo sob controle, uma estrutura leve e uma devoção singular à postura de ovos. Alguns dinossauros usaram algumas dessas adaptações para fazer coisas muito diferentes dos pássaros, como crescer até um tamanho que nenhum animal terrestre ainda superou. Eventualmente, porém, os dinossauros foram liberados para decolar. Como, então, os dinossauros deram esse passo final e voaram?

Começou no período jurássico, quando uma linhagem de dinossauros carnívoros já pequenos evoluiu para se tornar ainda menor. Quanto menores se tornavam, mais emplumadas suas peles, pois pequenos animais com metabolismo rápido precisam se manter aquecidos. Esses animais às vezes viviam nas árvores — para melhor escapar da atenção de seus irmãos maiores. Alguns descobriram como usar suas asas emplumadas para permanecer no ar por mais tempo – e assim se tornaram os pássaros.

HENRY GEE é editor sênior da Nature e autor de vários livros, incluindo A Very Short History of Life on Earth. Ele apareceu na televisão e no rádio da BBC e no All Things Considered da NPR, e escreveu para o The Guardian, The Times e BBC Focus. Ele mora em Cromer, Norfolk, Inglaterra, com sua família e vários animais de estimação.

Neste artigo animais fósseis história Evolução Humana

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