Novo estudo mostra como a biomassa mudou ao longo de 500 milhões de anos

Num estudo inédito, os investigadores de Stanford mediram a forma como a abundância de vida nos oceanos se alterou ao longo dos últimos 500 milhões de anos da história da Terra.

Em geral, a massa total de organismos marinhos aumentou nos últimos 500 milhões de anos, segundo o estudo, embora com retrocessos após grandes eventos de extinção. Os resultados alinham-se com os indícios de um aumento semelhante da biodiversidade marinha – a variedade total de organismos – ao longo da última meia década, obtidos em estudos que remontam ao século XIX, sugerindo uma ligação evolutiva entre biomassa e biodiversidade. A investigação foi publicada na revista Current Biology.

“Compreender a quantidade de biomassa é importante porque representa traços-chave sobre um ecossistema que não são capturados pelo número de espécies ou mesmo pelo número de nichos que eles preenchem ”, diz o autor principal do estudo Pulkit Singh, um estudioso de pós-doutorado em Ciências da Terra e Planetárias na Escola de Sustentabilidade Doerr de Stanford.

“Mas, à medida que avançamos para o passado, as nossas medições de biomassa são muito limitadas, pelo que essa era a grande lacuna na história biológica que queríamos preencher com o nosso estudo”, acrescenta.

Os resultados provêm de uma compilação e análise aprofundadas de dados de milhares de amostras de rochas que contêm restos de esqueletos, que no ambiente oceânico incluem principalmente conchas de animais, certos tipos de algas e organismos unicelulares chamados protistas.

Os fósseis com restos de esqueleto registaram a quantidade de biomassa – o material constituído e produzido pelos seres vivos – que foi preservada em diferentes intervalos geológicos. A biomassa revela a produtividade de um ecossistema, indicando a quantidade de energia (alimento) presente e a quantidade de organismos que um sistema pode suportar. A produtividade, por sua vez, está relacionada com a saúde do ecossistema e, de um modo geral, com a saúde do planeta.

Durante muito tempo, os investigadores evitaram tentar medir a biomassa, dado o imenso esforço necessário para reunir dados relevantes e a possibilidade de os dados não serem suficientes para revelar padrões significativos. Singh aceitou o desafio, dedicando vários anos à compilação de dados publicados ao longo de décadas, bem como à adição de novos dados provenientes das suas próprias amostras.

“O primeiro esforço quantitativo para documentar e representar graficamente a biodiversidade ao longo do tempo geológico foi feito em 1860, mas até ao artigo de Pulkit, nunca tinha havido um artigo correspondente sobre a biomassa ao longo do tempo”, explica o autor sénior do estudo Jonathan Payne, Professor Dorrell William Kirby de Ciências da Terra e Planetárias em Stanford. “Estou impressionado com a sua coragem intelectual para arriscar num projeto como este”, aponta.

A escolher o passado

Para o estudo, Singh e os seus colegas consideraram mais de 7.700 amostras de calcário marinho de todo o mundo, abrangendo os últimos 540 milhões de anos, que foram documentados em mais de 100 estudos científicos. A equipa de investigação baseou-se em dados recolhidos através de um método padrão conhecido como contagem de pontos petrográficos para avaliar a percentagem de cada amostra que continha restos de esqueletos.

Esta técnica morosa envolve cortar e polir rochas muito finas para que a luz possa brilhar através delas, examinando depois as secções finas das amostras de rocha ao microscópio para quantificar a sua composição.

Durante o Cambriano, o primeiro período amostrado que começou há cerca de 540 milhões de anos, os investigadores descobriram que menos de 10% das rochas, em média, eram compostas por material de conchas. Quando o Cambriano deu lugar ao Período Ordoviciano, há cerca de 485 milhões de anos, essa percentagem aumentou, refletindo em parte a “Explosão Cambriana”, quando a vida na Terra se expandiu dramaticamente em diversidade e complexidade.

As esponjas calcificantes contribuíram inicialmente de forma notável para a biomassa, mas foram mais tarde ultrapassadas pelos equinodermes recém-evoluídos – incluindo os antepassados das atuais estrelas-do-mar – e pelos artrópodes marinhos, incluindo os extintos trilobites e os antepassados dos caranguejos.

Ao longo de grande parte dos 230 milhões de anos seguintes, a percentagem de conchas subiu bem acima dos 20%, com uma diminuição significativa durante um dos “Cinco Grandes” eventos de extinção em massa no Devónico Superior, há cerca de 375 a 360 milhões de anos. A maior queda na história da vida ocorreu há cerca de 250 milhões de anos, durante a “Grande Morte”, a extinção do Permiano-Triássico, quando a percentagem de conchas caiu para cerca de 3%.

A vida recuperou e, à exceção das subsequentes extinções em massa significativas – a extinção do final do Triásico, há cerca de 200 milhões de anos, e a do Cretáceo-Paleogénico, há cerca de 66 milhões de anos, que matou os dinossauros não-aviários – a biomassa cresceu na nossa era geológica atual, o Cenozoico, com as conchas a excederem 40% do volume das rochas, graças, em parte, às contribuições substanciais dos moluscos e dos corais. “O padrão geral que conseguimos captar é que se trata de um aumento gradual”, afirma Singh.

Um dos maiores desafios na realização do estudo consistiu em saber se o aumento do teor de conchas nas rochas indicava verdadeiramente um aumento da bioabundância ao longo do tempo ou se outros fatores ecológicos, como a diminuição dos predadores que perfuram e destroem as conchas, ou vieses metodológicos das amostras estavam por detrás do padrão.

Para verificar os seus resultados, os investigadores efetuaram uma série de testes rigorosos. Classificaram as amostras por ambiente de deposição de águas pouco profundas ou profundas, tendo em conta que os restos de conchas se acumulam mais frequentemente em águas pouco profundas mais povoadas. Os investigadores também selecionaram amostras por diferentes latitudes, localizações e formas dos antecessores dos continentes atuais. O sinal manteve-se consistente em todas as profundidades de água, latitudes e contextos geológicos.

“Quanto mais testes fizemos e quanto mais dividimos o nosso conjunto de dados, percebemos que estes grandes padrões biológicos que estávamos a ver se mantinham ao longo do tempo”, diz Singh.

Acontecimentos que alteram a vida

Quanto à razão pela qual a vida marinha tem aumentado de um modo geral, as provas apontam para as tendências paralelas de maior diversidade. Com os organismos marinhos a tornarem-se mais especializados e mais variáveis nas suas especializações, é possível extrair mais energia dos nutrientes e recursos alimentares disponíveis. Este aumento da reciclagem de nutrientes começa com os autótrofos, como o fitoplâncton, que se “alimentam” fotossinteticamente da luz solar e termina com os decompositores que devolvem ao ambiente os nutrientes que os autótrofos absorvem.

“A ideia geral é que há mais alimentos disponíveis nos ecossistemas e, por isso, os ecossistemas podem suportar mais vida, há mais energia disponível e isso leva a uma maior abundância expressa em biomassa”, afirma Singh.

A persistência ou não da plenitude observada nas últimas centenas de milhões de anos pode ser posta em causa, tendo em conta os impactos das atividades humanas. Embora as pessoas tenham provocado o escoamento de fertilizantes, a sobrepesca, a acidificação dos oceanos e muito mais durante um mero lapso de tempo geológico, os cientistas documentaram amplamente uma sexta extinção em massa em curso, provocada pelo homem. As perdas acumuladas de biodiversidade podem potencialmente reduzir a biomassa, e vice-versa – um sinal que talvez possa ser captado no registo fóssil que está atualmente a ser criado.

“Do ponto de vista do nosso estudo, os tempos modernos são bastante complicados, dada a extensão da atividade humana que está a alterar rapidamente as condições em todo o planeta, incluindo nos oceanos”, afirma Payne, que é também membro sénior do Stanford Woods Institute for the Environment.

“Mas as nossas descobertas mostram que a biomassa global está ligada à biodiversidade e que as perdas de biodiversidade podem suprimir a produtividade durante intervalos geologicamente significativos, acrescentando mais um argumento sobre a razão pela qual a conservação da biodiversidade é essencial para a saúde dos seres humanos e do nosso planeta”, conclui.