Muito antes do aparecimento dos dinossauros, peixes predadores desenvolveram mandíbulas capazes de esmagar e estruturas semelhantes a dentes para capturar e processar presas nos oceanos antigos. Um estudo da Flinders University mostra agora que estes primeiros vertebrados com mandíbulas encontraram diferentes soluções evolutivas para se alimentarem de outros animais protegidos por carapaças.
A investigação centrou-se nos placodermos, um grupo de peixes couraçados que esteve entre os primeiros vertebrados a desenvolver mandíbulas e dentes, há mais de 400 milhões de anos. Os investigadores analisaram oito espécies que viveram há cerca de 385 milhões de anos num recife marinho que existia onde atualmente se encontra o norte da Austrália Ocidental.
A equipa combinou modelos tridimensionais dos fósseis com simulações computacionais da mordida, utilizando uma técnica de análise de elementos finitos. O objetivo foi perceber de que forma as diferentes mandíbulas suportavam as forças exercidas durante a alimentação e como essas características se relacionavam com a dieta dos animais.
“Os placodermos experimentaram uma extraordinária variedade de formas de mandíbula e estruturas de mordida durante a evolução inicial dos vertebrados. Proporcionam uma oportunidade rara para compreender como algumas das primeiras mandíbulas se especializaram para diferentes dietas”, explica Alice Clement, investigadora da Flinders University e responsável pelo estudo.
Os resultados revelaram duas estratégias distintas. As espécies mais pequenas utilizavam placas de mordida largas e relativamente lisas para esmagar as presas inteiras. Já as espécies de maior dimensão desenvolveram estruturas semelhantes a dentes, capazes de perfurar e fragmentar animais protegidos por conchas ou armaduras e demasiado grandes para serem engolidos de uma só vez.
“Sabemos que os animais que se alimentam de alimentos duros desenvolvem normalmente mandíbulas mais fortes e superfícies de esmagamento mais largas e achatadas, mas não foi exatamente isso que encontrámos nesta análise”, afirma Alice Clement.
Duas soluções para o mesmo problema
Ao contrário de muitos animais atuais, incluindo os seres humanos, os placodermos não tinham uma única mandíbula inferior. As suas mandíbulas eram constituídas por pares de placas ósseas apoiadas por cartilagem, com superfícies que iam desde placas largas para esmagar até estruturas afiadas semelhantes a dentes.
“Os placodermos não possuíam um único osso na mandíbula inferior. Em vez disso, as suas mandíbulas eram constituídas por placas ósseas emparelhadas, apoiadas por cartilagem, com superfícies que variavam entre placas largas para esmagar e bordos afiados para cortar, com estruturas semelhantes a dentes”, explica Rex Mitchell, primeiro autor do estudo.
Os investigadores fizeram simulações digitais das mordidas em modelos tridimensionais dos ossos mandibulares fossilizados, medindo a capacidade de cada estrutura para suportar as forças da mordida. Compararam depois os resultados com a complexidade das superfícies utilizadas para morder.
Em vez de encontrarem uma relação simples entre o tamanho dos animais e a força das mandíbulas, descobriram que tanto os placodermos mais pequenos como os maiores tinham mandíbulas particularmente fortes para lidar com alimentos duros. A diferença estava na forma como utilizavam essa força.
As espécies mais pequenas tinham placas de esmagamento largas e quase sem estruturas diferenciadas. Os maiores apresentavam superfícies dentárias mais complexas e elevadas.
“Foi uma surpresa interessante. Tanto os animais mais pequenos como os maiores tinham desenvolvido mandíbulas fortes, mas resolveram o problema de processar alimentos mais duros de formas completamente diferentes”, afirma Austin Fitzpatrick, estudante de doutoramento e co-autor do estudo.
Segundo os investigadores, a explicação está na relação entre o tamanho do predador e o da presa.
As presas mais pequenas podiam ser engolidas inteiras e esmagadas entre placas largas e achatadas. Já as presas de maiores dimensões tinham primeiro de ser divididas em pedaços mais pequenos, exigindo estruturas dentárias capazes de perfurar a armadura antes de a esmagar.
A maior espécie analisada apresentava dentes dispostos ao longo de uma crista óssea elevada, formando uma estrutura semelhante às cabeças de algumas armas medievais concebidas para perfurar armaduras, como martelos de guerra e alabardas. Os investigadores consideram que estes peixes poderiam utilizar as mandíbulas para perfurar a carapaça ou armadura das presas antes de as fragmentarem.
Os resultados mostram que a alimentação à base de organismos protegidos por estruturas duras não teve uma única solução evolutiva entre os primeiros vertebrados com mandíbulas. Em vez disso, a evolução produziu diferentes configurações mandibulares, permitindo aos placodermos explorar presas distintas dentro do mesmo ecossistema de recife.
O estudo baseou-se em fósseis da famosa Formação de Gogo, na Austrália Ocidental, um dos mais importantes locais mundiais para o estudo dos placodermos. John Long, professor emérito da Flinders University e co-autor da investigação, trabalha nesta região há cerca de 40 anos e descobriu alguns dos exemplares analisados.
A investigação da Formação de Gogo inclui também colaborações com as comunidades Gooniyandi e Gogo.
“Desde 2013, os placodermos estão diretamente ligados à nossa evolução, como o início da linhagem que conduz dos peixes aos seres humanos. Compreender os placodermos é agora fundamental para revelar as origens do plano corporal humano”, afirma John Long.
“O nosso trabalho contribui para um quadro cada vez mais claro da separação de nichos e da especialização ecológica no antigo recife do Devónico, durante a chamada ‘Era dos Peixes’, que é agora reconhecida como a longa linhagem que conduz dos peixes aos seres humanos”, acrescenta.
