terça-feira, outubro 02, 2018

A relação “oxigênio e gigantismo” antes do dilúvio

Os paleontólogos sempre se perguntaram por que os animais e vegetais gigantes se limitam ao registro fóssil. Como os níveis de oxigênio no tempo influenciaram a evolução dos seres vivos? Essa é outra questão evolutiva recorrente. Enquanto evolucionistas, a partir de uma cosmovisão naturalista, fazem pesquisas nessa área para interpretar a evolução das espécies ao longo da história do planeta – que supostamente teria passado por concentrações diferentes de oxigênio em sua atmosfera durante o fenerozóico1 – os criacionistas, a partir da cosmovisão bíblica, também entendem a importância e o papel que o oxigênio, em maiores concentrações, teve durante o período pré-diluviano e o impacto causado, agora sob menor concentração, após o dilúvio. Há certo consenso de que no passado a atmosfera do planeta tinha cerca de 50% mais oxigênio do que hoje (35% de O2 no passado comparados aos 21% atuais).2-4 A única diferença entre evolucionistas e criacionistas é em termos de interpretação da época em que isso ocorreu.Por outro lado, um parêntese deve ser feito. Existem algumas poucas evidências que contestam essa ideia.5

Controvérsias à parte, a National Geographic descreveu o cenário evolucionista da seguinte forma:

"Para os insetos gigantes que vagavam pela Terra há 300 milhões de anos [sic], havia algo especial no ar. Uma concentração maior de oxigênio na atmosfera permitia que as libélulas crescessem ao tamanho de gaviões e alguns insetos semelhantes a milípedes alcançassem cerca de 1,80 m (dois metros) de comprimento [...]. Durante o período carbonífero tardio (354 a 290 milhões de anos atrás [sic]), os níveis de oxigênio eram muito mais elevados do que são agora, em parte porque os pântanos de carvão que liberavam o gás no ar eram muito comuns. ‘Naquela época, havia entre 31 e 35% de oxigênio no ar’, disse Kaiser, principal autor do estudo. ‘Agora, temos cerca de 21%. Isso significava que os insetos precisavam de quantidades menores de ar para suprir suas demandas de oxigênio, permitindo que as criaturas crescessem muito mais.’"6



Figura 1: representação de um milípede que viveu no passado, com cerca de 2 metros.



Figura 2: representação de uma libélula que viveu no passado, com mais de 70 cm de diâmetro.

Em 2010, uma pesquisa criou insetos em câmaras hiperbáricas que simulavam as condições de oxigênio da suposta atmosfera da Terra há 300 milhões de anos (durante a Era Paleozóica).8 Sob variadas concentrações de oxigênio os autores do estudo analisaram as mudanças no crescimento corporal e no tamanho da traqueia. Assim como nem todos os insetos eram grandes no passado alguns deles também não crescem muito hoje, mesmo coma presença de maior concentração de oxigênio.

O motivo de essas mudanças acontecerem pode estar nos tubos traqueais ocos dos insetos. As baratas não cresceram mais do que o normal sob diferentes condições de oxigênio, mas as libélulas crescem 20% quando são criadas com um aumento de 10% no oxigênio. A pesquisa oferece mais apoio à ideia de que grandes animais antigos e altas concentrações de oxigênio não eram meras coincidências.

Figura 3: Megaloprepus caerulatus, a maior espécie de libélula existente (esquerda) e Macropanesthia rhinoceros, a maior espécie de barata existente (direita).



Outro estudo feito com as larvas da mosca-pedra sugeriu que o motivo para os insetos do passado crescerem tanto na presença de mais oxigênio possa estar relacionado ao fato de os insetos na forma larval precisarem crescer mais para evitar o envenenamento por oxigênio.9 "Achamos que não é só porque o oxigênio afeta os adultos, mas porque o oxigênio tem um efeito maior sobre as larvas", disse o co-autor Wilco Verberk, da Universidade de Plymouth, no Reino Unido.

No entanto, muitos podem pensar: mas o oxigênio não é letal em condições hiperóxidas? Um estudo foi conduzido em 2007 com Drosophilas (moscas-das-frutas) submetendo-as, em laboratório, a uma atmosfera com 90% de O2.10 Esses níveis deveriam ser letais em moscas que não foram submetidas à seleção, pois tais condições hiperóxidas levam a níveis muito altos de estresse oxidativo. 

Porém, essas moscas sobreviveram e se tornaram 20% mais pesadas com corpos e envergaduras maiores em relação às moscas normais. Os pesquisadores descobriram mudanças na expressão de alguns de seus genes, por exemplo, regulando positivamente dois genes que produzem um peptídeo antibacteriano e diminuindo a expressão de alguns genes envolvidos em vias metabólicas. Ademais, estudos foram feitos com diferentes espécies de besouros e a associação entre oxigênio e gigantismo também foi confirmada.11

Aves
Outro estudo descobriu que os efeitos físicos da densidade variável de gases que compõem a atmosfera – isto é, mais concentração de O2 e pressão atmosférica – também podem influenciar adaptações morfológicas e fisiológicas de aves durante o voo.12 Para os autores, “a variação global na composição atmosférica durante o Paleozóico tardio também pode ter influenciado a evolução inicial e a subsequente diversificação dos pterigotos ancestrais”.

Mamíferos
Quando partimos para a investigação do mundo celular também encontramos associação com o crescimento de células na presença de mais O2, principalmente células de mamíferos (macacos e ratos).13 O conhecimento popular em relação ao oxigênio é o de que, embora essencial para o crescimento de células de mamíferos in vitro e in vivo, é considerado tóxico em concentrações iguais ou acima da concentração de oxigênio em meio de cultura (cerca de 200 microM). 

No entanto, como afirmam os pesquisadores, “ficamos surpresos ao notar que uma linha de células B humanas diplóides (TK6) foi capaz de proliferar normalmente enquanto exposta a 380 microM de oxigênio [ou seja, o dobro da concentração de O2]. Nenhum efeito adverso do oxigênio na sobrevivência das células foi observado para concentrações variando de 60 microM a 410 microM”.

Outro estudo analisou camundongos machos com cinco semanas de idade estimulados a beber livremente água de um bebedouro contendo nanobolhas de oxigênio ou de água normal por 12 semanas.14 As nanobolhas de oxigênio aumentaram significativamente a concentração de oxigênio dissolvido na água. A da água oxigenada promoveu significativamente o aumento do peso e o comprimento de camundongos, comparado ao da água normal.

Outro estudo publicado em 2005 na Science encontrou evidências de que desde o suposto limite Triássico-Jurássico até o presente momento houve variações – de 10% para 23% – no nível de oxigênio atmosférico.15 Numa perspectiva evolucionista, os primeiros mamíferos que surgiram há cerca de 190 milhões de anos atrás eram minúsculos. O estudo sugere que a abundância de oxigênio, que veio logo após a extinção dos dinossauros, poderia ter contribuído para a radiação adaptativa de mamíferos placentários gigantes, como a preguiça de 3 metros.

Os dados vêm de núcleos de sedimentos de águas profundas, datados de 205 milhões de anos atrás, que contêm minerais inorgânicos ricos em carbono, assim como os restos orgânicos do fitoplâncton marinho unicelular. De acordo com a perspectiva evolutiva, esses organismos teriam gerado oxigênio através da fotossíntese e, no processo, deixaram uma assinatura química alterando a proporção dos dois isótopos estáveis ​​de carbono - carbono 13 e carbono 12 - nos sedimentos. Ao comparar a quantidade de carbono 13 nas partículas inorgânicas com a ausência de carbono 13 na matéria orgânica, os cientistas podem estimar quanto oxigênio estava presente na atmosfera naquele momento.

Lagosta
Um estudo analisou a lagosta (Jasus lalandii) sob efeito da exposição em longo prazo a vários níveis de oxigênio em condições de laboratório durante um período de 11 meses. A tendência geral foi uma diminuição no crescimento com níveis decrescentes de saturação de oxigênio.16

Peixes
Um estudo utilizou nanobolhas de ar ou gás oxigênio a fim de investigar o crescimento de peixes.14 O peso total do peixe de água doce aumentou de 3,0 para 6,4 kg em água normal, enquanto aumentou de 3,0 para 10,2 kg em água com nanobolhas de oxigênio. Além disso, o peso total do peixe aumentou de 50 para 129,5 kg em água normal, enquanto aumentou de 50 para 148,0 kg em água com nanobolhas de oxigênio. 

Vegetais
Em, 1997, foi feita uma pesquisa com tomates na qual as plantas de tomateiro foram cultivadas sob alta concentração de O2.17 O resultado foi um aumento acentuado no crescimento das plantas, medido pelo peso da parte aérea e da raiz. Os cientistas perceberam que as plantas altamente oxigenadas permaneceram saudáveis ​​durante todo o experimento e mostraram uma diminuição significativa na colonização da raiz por patógenos em relação aos grupos de plantas submetidas a diferentes condições.

Em 2010 foi feita uma aplicação de oxigênio puro de alta pressão (95% O2) em cultivos da alface.18 O crescimento das plantas de alface tratadas pelo oxigênio altamente concentrado (23 mg/l) foi 2,1 vezes maior que o tratado pela aeração do ar ambiente. Assim, constatou-se que o fornecimento de maior concentração de O2 foi efetivo para melhorar o crescimento das plantas de alface.

Por que o mundo pré-diluviano continha mais oxigênio? E de onde vinha essa concentração maior de oxigênio? Bem, pode ser porque o mundo pré-diluviano apresentava muito mais vegetação produtora de oxigênio, possivelmente, devido a maior área de terra e 'florestas flutuantes', muitas das quais foram enterradas durante o dilúvio.19


 Figura 4: representação diagramática de uma floresta flutuante.

Fato é que, embora o mecanismo que faz com que os insetos cresça na presença de mais O2 ainda esteja sendo investigado, as evidências de associação positiva entre maior concentração de O2 (além de pressão atmosférica) e gigantismos apresentam implicações bíblicas e são mais bem explicadas pelo modelo criacionista de um mundo pré-diluviano mais próximo da perfeição e mais degenerado após o episódio do dilúvio global que teria influenciado os fatores relacionados à atmosfera terrestre. Cada vez mais as peças vão sendo encaixadas nesse enorme quebra-cabeça da real história das nossas origens.

Entretanto, esse tema exige mais pesquisas aprofundadas e a sugestão para os próximos pesquisadores é a de que desvendem uma importante questão que, até onde sei, não foi investigada pela comunidade criacionista: a combustão. A partir de uma perspectiva evolutiva, o Dr. Ian J Glasspool do The Field Museum explicou que "a concentração atmosférica de oxigênio está fortemente relacionada à inflamabilidade. Em níveis abaixo de 15%, os incêndios florestais não poderiam ter se espalhado. Entretanto, em níveis acima de 25%, plantas úmidas poderiam ter queimado cerca de 30 a 35%, como foi proposto para o Paleozóico tardio, e os incêndios florestais teriam sido freqüentes e catastróficos".20 Como resolver essa questão para um cenário antediluviano? Qual seria o mecanismo de regulação que o planeta, com sua atmosfera diferenciada, apresentaria para evitar essa possível combustão?

(Everton Fernando Alves é mestre em Ciências [Imunogenética] pela UEM)


Referências:
1. Berner RA, et al. Phanerozoic atmospheric oxygen. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 2003;31:105-134.2. Berner RA, Landis GP. Gas bubbles in fossil amber as possible indicators of the major gas composition of ancient air. Science. 1988; 239(4846):1406-9.
3. Bellis D, Wolberg DL. Analysis of gaseous inclusions in fossil resin from a late cretaceous stratigraphic sequence. Global and Planetary Change 1991; 5(1-2):69-82.
4.  Berner RA, Petsch ST. The Sulfur Cycle and Atmospheric Oxygen. Science. 2000; 282(5393):1426-7.
5.  Tappert R, et al. Stable carbon isotopes of C3 plant resins and ambers record changes in atmospheric oxygen since the Triassic. Geochimica et Cosmochimica Acta 2013; 121:240-262.
6. Hamashige H. Giant Bugs a Thing of the Past, Study Suggests. National Geographic (30/07/2007).
7.  Graham JB, et al. Implications of the later Palaeozoic oxygen pulse for physiology and evolution. Nature. 1995; 375:117-120.
8. Harrison JF, Kaiser A, VandenBrooks JM. Atmospheric oxygen level and the evolution of insect body size. Proc Biol Sci. 2010 Jul 7;277(1690):1937-46.
9. Verberk WCEP, Bilton DT. Can Oxygen Set Thermal Limits in an Insect and Drive Gigantism? PLoS ONE. 2011;6(7):e22610.
10.  Zhou D, et al. Experimental Selection for Drosophila Survival in Extremely Low O2 Environment. PLoS ONE. 2007;2(5):e490.
11.  Kaiser A, et al. Increase in tracheal investment with beetle size supports hypothesis of oxygen limitation on insect gigantism. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007; 104:13198-13203.
12.  Dudley R, Chai P. Animal flight mechanics in physically variable gas mixtures. Journal of Experimental Biology 1996; 199:1881-1885.
13.  Oller AR, et al. Growth of mammalian cells at high oxygen concentrations. J Cell Sci. 1989 Sep;94 ( Pt 1):43-9.
14.  Ebina K, et al. Oxygen and Air Nanobubble Water Solution Promote the Growth of Plants, Fishes, and Mice. PLoS One. 2013 Jun 5;8(6):e65339.
15. Falkowski PG, et al. The Rise of Oxygen over the Past 205 Million Years and the Evolution of Large Placental Mammals. Science. 2005 Sep 30;309(5744):2202-4.
16. Beyers CJB, Wilke CG, Goosen PC. The effects of oxygen deficiency on growth, intermoult period, mortality andingestion rates of aquarium-held juvenile rock lobster Jasus lalandii. South African Journal of Marine Science 1994; 14(1):79-87.
17.  Chérif M, Tirilly Y, Bélanger RR. Effect of oxygen concentration on plant growth, lipid peroxidation, and receptivity of tomato roots to Pythium F under hydroponic conditions. European Journal of Plant Pathology 1997; 103(3):255-264.
18.  Suyantohadi A, et al. Effect of high consentrated dissolved oxygen on the plant growth in a deep hydroponic culture under a low temperature. IFAC Proceedings Volumes 2010; 43(26):251-255.
19.  Scheven J. The Carboniferous floating forest an extinct pre-Flood ecosystem, Journal of Creation 1996; 10(1):70-81.
20. Glasspool IJ, Scott AC. Phanerozoic concentrations of atmospheric oxygen reconstructed from sedimentary charcoal. Nature Geoscience 2010; 3:627630.