Prof. Antônio Sérgio Kimus Braz

Aula 8 : Historia da Vida na Terra parte I BC 0304 - Origem da Vida e Diversidade dos Seres Vivos Prof. Antônio Sérgio Kimus Braz

Referências bibliográficas Básica: Purves et al. 2007. Vida. 6ª ed. (volume II, capítulo 20) Complementar: A Terra esfriou mais cedo; Scientific American Brasil Os mamíferos desaparecidos da América do Sul; Scientific American Brasil A imprevisível e fortuita evolução da vida; Scientific American Brasil

Tempo geológico Unidades da escala: Eons, Eras, Períodos, Épocas * para facilitar visualização vamos imaginar toda historia da terra como um único ano... PréCambriano (87% do tempo geológico) 1/ J 16/ Fev 9/Junho 12/ Nov 26/ Nov 2/Dezembro 11/Dez 26/Dezembro http://www2.igc.usp.br/museu/fos_tabeladotempo.htm 31/ Dez

Terra e o sistema solar tem cerca de 4,6 bilhões de anos... o universo ~ 13,5 bilhões Sol é uma estrela de 3º ou 4º geração... síntese de átomos pesados (por supernovas)

Como reconstituir o passado distante? Investigação multidisciplinar => Datação 1 ) Radiométrica (em rochas ou matéria orgânica) 2) Não-radiométrica (em rochas) (reversão polo magnético paleomagnetismo) 3) Presença de fósseis animais e vegetais típicos 4) Métodos moleculares (matéria orgânica) - depurinação do DNA -racemização de proteínas (reequilíbrio de proporção de aminoácidos levogenos e destrogenos 5) evolução molecular - Relógio molecular taxas de mutação em diferentes genes Sugestão de leitura: Ciência Hoje, Coluna Caçadores de Fósseis, artigo Como se determina a idade dos fósseis? (http://cienciahoje.uol.com.br/134061)

1) Datação radiométrica - base

1) Datação radiométrica - base * A datação pela série U é o mais confiável método para datar o Quaternário (os últimos 2 milhões de anos), carbonato e sílica sedimentares, e material fóssil. A datação do Quaternário provê um registro de mudanças climáticas e geologicamente recentes mudanças no meio ambiente. * A geocronologia por U-Pb de zircão, baddeleyita, e monazita é usada para determinar a idade de disposição de rochas ígneas de todas as composições, na faixa de idade do Terciário (últimos 65 milhões de anos) ao Arqueano Inicial (3,8 bilhões de anos). * Datação por U-Pb de minerais metamórficos, tais como zircão, titanita e monazita são usados para datar eventos térmicos, incluindo impactos meteoríticos terrestres, e para determinar histórias termocronológicas de terrenos. * Datação por U-Pb de zircão em sedimentos é usada para determinar a proveniência de sedimentos. * Estratigrafia de isótopos de estrôncio é um método que usa medidas extremamente precisas de isótopos de Sr de fósseis marinhos em conjunção com a conhecida composição isotópica de Sr da água do mar através do tempo para prover a datação do fóssil. Esta técnica pode também ser usada para determinar idades para outros processos geológicos, tais como a dolomitização.

1) Datação radiométrica - base * 40Ar/39Ar provê datações isotópicas variando de 10 mil a bilhões de anos de idade com 0,1-0,5% de precisão. * Datação potássio-argônio, assim como a datação argônio-argônio (40Ar/39Ar) são usadas para datar rochas metamórficas, ígneas e vulcânicas. São também usadas para datar camadas de cinzas vulcânicas ou sítios paleonantropológicos sobrepostos. O limite mais recente para o método argônio-argônio é de poucos milhares de anos. Devido a sua meia vida, a técnica potássio-argônio é mais aplicável para datar minerais e rochas com mais de 100 mil anos. * Tefrocronologia data cinzas vulcânicas e tufo numa faixa dos últimos 15 milhões de anos. * 14C ou datação por radiocarbono data material com carbono orgânico, e tem uma limitação em torno de 100 mil anos. * Termoluminescência provê idades em uma faixa de 100 a 800 mil anos. * 210Pb tem uma curta meia-vida, e data material dos últimos 150 a 200 anos.

Termoluminescência

2) Não-radiométrica (em rochas)

3) Presença de fósseis animais e vegetais típicos Fossilização Fósseis: restos ou marcas de seres vivos preservados nas rochas ou outros materiais naturais. Condições para a fossilização: Isolamento dos cadáveres da erosão atmosférica Presença de esqueleto interno ou externo Sedimentos envolventes devem ser finos (p.ex. argila ou silte) Meio deve ser anaeróbico (menos detritívoros) Clima frio e seco (baixa temperatura inibe a ação de agentes bacterianos) Sugestão: Assista ao video How a fossil is made (http://br.youtube.com/watch?v=sedfry6dqns&feature=related)

Formação a 100 milhões de anos

4) Métodos moleculares : depurinação

4) Métodos moleculares : racemização

TERRA MOLDA A VIDA X A VIDA MOLDA A TERRA causa x efeito x retroalimentação

Mudanças na Terra... que provocaram mudanças nos seres vivos Concentração de Oxigênio na atmosfera Temperatura média Tectônica de placas Nível do mar Recursos disponíveis: alimento e abrigo Oportunidades para o estabelecimento de novidades evolutivas e extinção de grupos menos aptos

Mudanças provocadas por organismos : principal : Produção de O2 por fotossíntese 1º Bactéria sulfurosas 2º Cianobactériaserias primeira grande poluição deve ter provocado uma série de extinções... por outro lado abriu caminho para um metabolismo oxidativo mais eficiente energeticamente o que possibilitou o desenvolvimento de células mais complexas e posteriormente de multicelulares... O2 é produzido praticamente só por organismos indicador de vida fotossintética... possibilitou a formação de O3 (ozonio) proteção contra UV

outros : Metano antes de haver O2 haviam organismos metanogenicos... Metano tornava a terra mais quente efeito estufa ( importante pois sol era ainda mais fraco do que hoje)

Oxigênio atmosférico Purves et al. 2007. Vida. pg. 382

Maiores faunas x n famílias o Faunas: Cambriana Paleozóica Moderna Explosão cambriana Purves et al. 2007. Vida. pg. 392

Tamanho dos maiores fósseis x oxigênio atmosférico necessidade crescente de oxigenio com o tamanho O2 O2 < 0,1% O2 = 1%-10% O2~100% plantas vasculares animais protistas procariotos * Célulla eucarioticas precisam de pelo menos 2 a 3 % de O2 Payne et al. 2009. Proceedings of National Academy of Sciences 106: 24-27.

Relação entre níveis de oxigênio e extinções em massa Causa ou Efeito? ou seria retoalimentação? * Lembrem-se O2 só é produzido por organismos fotossintetizantes...

2,5 m Oxigênio elevado deve ter proporcionado o gigantismo de artrópodes Oxigênio elevado na atmosfera (e dissolvido no mar): 35% (contra 21% atuais) Propiciou o gigantismo de vários artrópodes terrestres e aquáticos como o: (a) escorpião aquático de 2,5m * Outros fatores como disponibilidade de comida, predação, etc.. também devem ter influenciado significativamente esse processo de gigantismo

Temperatura média Purves et al. 2007. Vida. pg. 383

Variação da temperatura c o oz ói c o i Era Cenozóico ó z o s e al r a M e P a r E Período Quaternário Período Terciário E http://en.wikipedia.org/wiki/paleoclimatology#phanerozoic_climate

BOLA DE GELO TERRA... snowball earth.,, Frio gelo branco reflete mais luz e fica mais frio...retroalimentação...

Causa mais provável Presença concentrada das massas continentais nos trópicos... Mais erosão Maior captura de CO2 Grande queda da concentração de CO2 Perda do efeito estufa! Quando existe continentes nos polos a gelo e o processo não é tão intenso Outras :alterações de orbita, atividade solar, nebulosa...

2 Últimas bolas de gelo terra Extinções em massa * Áreas em branco indicam até em que latitude o manto de gelo chegou em cada época * Além das glaciações globais também foi freqüente glaciações locais... eras do gelo

Gelo reflete mais Frio intenso luz resfriando oceanos começam mais o planeta a congelar (retroalimentação) bola de gelo terra Interrupção do cilo de CO2 nos oceanos. aumenta produção de gases por vulcões Grande efeito estufa derrete a bola de gelo resultando na sauna terra Reinicia o ciclos do CO2 nos oceanos a terra reduz efeito estufa e volta ao normal

Profundo efeito desses períodos de glaciação global na vida da terra...

Após o ultimo snowball earth... earth houve o surgimento dos primeiros animais multicelulares...

Fauna de Ediacara Primeiros seres multicelulares Datam do período de 670 a 550 milhões de anos. Animais aquáticos sem partes rígidas.

Eventos de snowball earth... earth tiveram grande efeito na vida alteração dos níveis de O2 alteração na evolução da fotossíntese devido a condições ambientais diferentes

Tectônica de Placas Olhando o mapa mundi, quem nunca teve a vontade de juntar o litoral da América do Sul ao litoral Africano? http://www.apolo11.com/imagens/mapas/mundo/mundo_fisico.jpg

Terra: um planeta dinâmico terremotos limite das placas vulcões ativos http://www.moho.iag.usp.br/sismologia/terremotos.php

Deriva continental / Continental drift causado pela tectônica de placas

Deslocamento das placas http://www.cprm.gov.br/aparados/imagens/p_02_placas.jpg

Região de subducção

Formação de um novo mar no oeste da africa...etiópia...depressão de Afar

...No Futuro

Formação de um novo mar no oeste da africa...etiópia...depressão de Afar

NÂO é Miragem!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Formação de um novo mar no oeste da africa...etiópia...depressão de Afar

Falha de San Andreas... Califórnia

HOTSPOT não ficam em regiões de placa são devido a plumas que vem de camadas inferiores

O hot spot fixo! Mas o fundo do mar ou os continentes se Movem devido as placas! exemplo : ilhas do havai

Deriva Continental

Hipótese do ciclo dos supercontinentes Eon Proterozóico Eon Fanerozóico Ciclo de 300 a 500 m.a. Continentes separados = formação de oceanos Continentes juntos (colisão) = formação de montanhas

O Ciclo continuara a acontecer...

Tectônica de placas: evidências fósseis http://pubs.usgs.gov/gip/dynamic/continents.html

Nível do mar Variação do nível do mar é resultante da ciclo dos super-continentes (ou ainda de variações de temperatura) Purves et al. 2007. Vida. pg. 383

Extinções em massa Big five (espécies marinhas): Fim do Ordoviciano, Fim do Devoniano, Fim do Permiano, Fim do Triássico e Fim do Cretáceo. 75% 75% Dinossauros 76% 96% 65% Purves et al. 2007. Vida. pg. 383

Extinções em massa : geralmente desencadeadas por eventos cataclísmicos ex: grande atividade vulcânica impacto de corpos celestes (asteróides e cometas ) além do choque inicial! provocam profundas alterações climáticas, bloqueio de luz solar, e uma série de alterações na atmosfera e nas águas que levam a redução O2, falta de comida, queda de temperatura, mudanças químicas no ambiente..

VULCANISMO em massa Colisões grandes meteoros ou cometas

Pequenas crateras Cratera meteoro Arizona - USA

Patrimônio da Metrópole Paulistana: Cratera de Colônia Pequenas crateras Cidade de são paulo (zona sul) Parelheiros : Cratera de Colônia Cratera de Colonia Objeto de 200 m de diâmetro cratera de 3,6 km de diâmetro. há aproximadamente 20 milhões de anos

Causas de alterações climáticas. Variações orbitais Atividade solar Grandes Impactos de corpos celestes intensa atividade vulcânica! Pinatubo nas filipinas 1991 => queda temperatura global média 0,5º Outras alterações atmosféricas (niveis de gases CH4, CO2...)

Mt. St. Helens On May 18, 1980, at 8:32 a.m. Pacific Daylight Time, a magnitude 5.1 earthquake shook Mount St. Helens.

Mt. St. Helens The bulge and surrounding area slid away in a gigantic rockslide and debris avalanche, releasing pressure, and triggering a major pumice and ash eruption of the volcano.

Mt. St. Helens Thirteen-hundred feet (400 m) of the peak collapsed or blew outwards.

Mt. St. Helens As a result, 24 square miles (62 km2) of valley was filled by a debris avalanche

Fluxo piroclástico

Herculano e Pompeia cidades romanas preservdas por fluxo piroclastico