O enigma do relógio molecular e o aparecimento súbito dos animais complexos

No registo fóssil, os primeiros restos de animais complexos aparecem de forma abrupta, como vindos do nada, em rochas com 538 milhões de anos.

Os mais antigos desses vestígios são marcas fossilizadas simples, chamadas Treptichnus, deixadas por algo semelhante a um verme, com cabeça e cauda. Pouco depois, surgem rapidamente muitos outros animais, antepassados dos grupos tão diversos que conhecemos hoje: artrópodes antigos com aspeto de caranguejo, moluscos com concha e os precursores das estrelas-do-mar e dos ouriços-do-mar.

A chegada tão rápida de animais tão diferentes entre si - e a sua ausência em rochas apenas um pouco mais antigas - foi um pesadelo para Charles Darwin, porque parecia contrariar a sua ideia de evolução gradual. Desde então, continua a intrigar os cientistas.

Ainda assim, um artigo recente pode apontar uma solução.

Em 1859, Darwin escreveu em On the Origin of Species: "Se a minha teoria for verdadeira … durante estes vastos … períodos de tempo, o mundo fervilhava de seres vivos. À pergunta de porque é que não encontramos registos desses vastos períodos primordiais, não consigo dar qualquer resposta satisfatória."

Hoje, os cientistas discordam sobre quando estes animais antigos terão evoluído. O problema vem de uma invenção do final do século XX chamada relógio molecular.

Como explico no meu livro The Tree of Life, o relógio molecular baseia-se na ideia de que as alterações nos genes se acumulam de forma constante, como os toques regulares de um relógio de pêndulo.

Se essa ideia estiver certa, então basta contar o número de diferenças genéticas entre dois animais para calcular quão afastados estão parentesco e, por consequência, há quanto tempo viveu o seu antepassado comum.

Por exemplo, humanos e chimpanzés separaram-se há 6 milhões de anos. Digamos que um gene do chimpanzé apresenta seis diferenças genéticas em relação ao equivalente humano. Desde que os toques do relógio molecular sejam regulares, isso indicaria que uma diferença genética entre duas espécies corresponde a um milhão de anos.

O relógio molecular deveria permitir-nos situar acontecimentos evolutivos no tempo geológico ao longo de toda a árvore da vida.

Quando os zoologistas começaram a usar os relógios moleculares desta forma, chegaram à conclusão extraordinária de que o antepassado de todos os animais complexos viveu há 1,2 mil milhões de anos. Melhorias posteriores deram estimativas muito mais razoáveis, situando esse antepassado animal há cerca de 570 milhões de anos.

Mas isso continua a ser cerca de 30 milhões de anos mais antigo do que os primeiros fósseis.

Na verdade, esta diferença de 30 milhões de anos até ajuda Darwin. Significa que houve tempo de sobra para o antepassado dos animais complexos evoluir sem pressas, dividindo-se gradualmente em novas espécies que a seleção natural poderia transformar em formas tão distintas como peixes, caranguejos, caracóis e estrelas-do-mar.

O problema é que esta data tão recuada leva-nos a imaginar uma multidão de animais antigos a nadar, rastejar e arrastar-se nesses mares primitivos durante 30 milhões de anos sem deixar um único fóssil. Os investigadores esperam lacunas no registo fóssil, mas esta seria enorme.

Uma explicação popular para os fósseis em falta é que, durante 30 milhões de anos, os animais complexos terão sido pequenos e moles, e por isso difíceis de fossilizar. Depois, há cerca de 540 milhões de anos, a teoria diz que estes pequenos animais começaram a crescer, talvez devido ao aumento dos níveis de oxigénio.

É este aumento de tamanho que alguns cientistas têm usado para explicar o aparecimento súbito de animais complexos no registo fóssil.

O novo artigo do paleontólogo Graham Budd e do matemático Richard Mann propõe uma explicação diferente para o fosso entre o antepassado antigo previsto pelo relógio molecular e o aparecimento mais repentino e tardio dos fósseis complexos. Budd e Mann sugerem que o relógio molecular talvez não marque de forma tão regular como pensávamos.

A nova ideia é que, no momento em que qualquer grande grupo de organismos surge pela primeira vez, a evolução acelera.

Voltando ao nosso exemplo, durante um período de alguns milhões de anos, o relógio imaginário poderia não ter marcado uma vez por milhão de anos, mas duas. Um relógio mais rápido faria parecer que o tempo estava a passar mais depressa, como avançar rapidamente um vídeo, e isso empurraria a idade do antepassado animal para mais longe no passado.

Genes que mudam mais depressa também permitiriam que a aparência dos animais se alterasse com maior rapidez. Isto resolve o dilema de Darwin, porque tornaria mais fácil que os vários ramos da árvore animal se diferenciassem uns dos outros. O primeiro antepassado animal poderia rapidamente diversificar-se em vertebrados, moluscos, artrópodes e estrelas-do-mar.

O efeito global desta nova ideia é aproximar bastante a idade do antepassado dos animais complexos do momento em que os seus descendentes imediatos aparecem no registo fóssil.

Embora a hipótese do relógio acelerado precise de ser testada, ela pode explicar outros desencontros entre os relógios moleculares e o registo fóssil. Talvez as primeiras plantas com flor tenham existido durante dezenas de milhões de anos antes de finalmente deixarem um fóssil. E também pode ajudar a resolver debates científicos sobre se os primeiros primatas, carnívoros e roedores terão vivido mesmo ao lado dos últimos dinossauros.

Pelo menos no caso da origem dos animais, creio que Darwin aprovaria.

Este artigo inclui referências a livros que foram adicionadas por razões editoriais e pode conter ligações para bookshop.org. Se clicar numa das ligações e depois comprar algo em bookshop.org, The Conversation UK pode receber uma comissão.

Max Telford, Professor Jodrell de Zoologia e Anatomia Comparada, UCL

Este artigo é republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.