Material quente nas profundezas do oceano Understand article

Traduzido por Aida Guerra. Como se formam os fósseis nas fontes hidrotermais? Crispin Little descreve como ele e a sua equipa descobriram – fazendo os seus próprios fósseis.

Alvin em 1978, um ano
depois da sua primeira
exploração às fontes
hidrotermais

Imagem cortesia de OAR /
National Undersea Research
Program (NURP); Woods Hole
Oceanographic Institution

A investigação nos fundos oceanos é uma tarefa que necessita de sérios cuidados como, por exemplo, a utilização de submergíveis tripuláveis, como o famoso Alvin, e navios capazes de operarem longe da costa durante longos períodos de tempo. Além dos potenciais problemas de ordem técnica – como por exemplo o mau funcionamento dos motores dos navios ou o emaranhamento dos cabos do submergível – também problemas climatéricos, fora do controlo humano, podem surgir e afectar uma investigação bem planeada.

Trabalhar em regiões como as cristas médio-oceânicas é ainda mais difícil uma vez que são as zonas geologicamente mais activas do planeta. Aqui, nova crusta oceânica é formada a partir da lava que chega à superfície acompanhada por fortes sismos (ver Searle, 2009). Além disto, as dorsais são também zonas de forte actividade hidrotermal onde soluções aquosas ácidas a 370ºC jorram das chaminés dos fundos marinhos. A estas profundidades a água permanece no estado líquido devido à elevada pressão, que faz aumentar o seu ponto de ebulição.

Este ambiente extremo foi o ponto de partida para o nosso projecto de estudo dos processos de fossilização que ocorrem nas fontes hidrotermais dos fundos oceânicos. De facto, os desafios confirmaram-se logo no início da investigação quando perdemos um conjunto inteiro de material e dispositivos experimentais devido a uma erupção vulcânica.

Alguns dos animais
dominantes encontrados nas
zonas das fontes
hidrotermais na Dorsal do
Pacífico Este: os
vestimentíferos; peixes e
caranguejos característicos
das fontes hidrotermais. A
água cintilante no topo da
imagem é resultado da
emissão de fluidos
hidrotermais de fluxo difuso

Imagem cortesia de Crispin
Little

Por que razão estamos interessados nos processos de fossilização nas fontes hidrotermais? O objectivo deste estudo é compreender melhor a história evolutiva das extraordinárias comunidades animais que vivem nestas zonas. Estas comunidades foram descobertas pela primeira vez em 1979 na dorsal das Galápagos, e modificaram radicalmente a nossa visão sobre a biodiversidade existente nos fundos oceânicos. Tal deve-se ao facto da fonte primária de energia destas comunidades não ser o sol mas a energia geoquímica proveniente das rochas quentes. O composto mais importante dos fluídos emitidos é o sulfureto de hidrogénio, que é oxidado por bactérias. Muitos animais característicos destas regiões, incluindo vermes gigantes tubulares (vestimentíferos), moluscos e bivalves (amêijoas), dependem destas bactérias para obterem alimento e estabelecem uma relação de simbiose com as mesmas.

Esta dependência da energia geoquímica em detrimento da energia solar pode ter protegido as comunidades hidrotermais de grandes eventos ambientais, como extinções em massa e alterações climáticas, que afectam os ecossistemas contemporâneos sustentados pela fotossíntese. Assim, a história evolutiva da fauna hidrotermal é provavelmente muito diferente da de outros biotas marinhos.

A única evidência directa desta história é o registo fóssil. Porém, este registo é escasso com apenas 25 exemplares conhecidos dos últimos 550 milhões de anos. No entanto existem questões fundamentais do porquê deste facto: por que é que alguns depósitos hidrotermais antigos contêm fósseis e outros não? Existe um significativo grupo de animais, como caranguejos e camarões, que são abundantes nas fontes hidrotermais actuais no entanto não aparecem nos registos fósseis. Por que razão é que tal se verifica? Será um caso de preservação imperfeita ou não estariam presentes nestas regiões no passado?

Recolha de mexilhões e
caranguejos das fontes
hidrotermais utilizando um
dos manipuladores do Alvin

Imagem cortesia de Crispin
Little

Para encontrar respostas a estas questões, decidimos investigar de que forma as comunidades animais hidrotermais actuais (moluscos, crustáceos, vestimentíferos e anelídeos poliquetas) dão origem a fósseis nas fontes hidrotermais. Para tal, escolhemos uma área da dorsal do Pacífico Este, a 500 milhas náuticas a sul do México, onde os cientistas têm vindo a estudar as fontes hidrotermais há duas décadas.

Alvin sendo lançado a partir
do navio Atlantis

Imagem cortesia de Dr Peter
Auster, NOAA / OAR / OER /
Mountains in the Sea
Expedition 2003

Em parceria com o Instituto Oceanográfico Woods Hole e a Universidade de New Hampshire, E.U.A, planeou-se usar o Alvin para implantar um conjunto de dispositivos experimentais (armações de fossilização) em diferentes locais das fontes hidrotermais correspondentes a três micro-habitats distintos: hidrotermalismo associado a fumarolas negras (temperatura superior a 370 °C); locais de fluxo difuso (água do mar e fluídos quentes misturam-se a temperaturas entre 10ºC-40ºC), onde a maioria dos animais referidos vivem; e o local de controlo, afastado das zonas activas de hidrotermalismo (temperatura de 3ºC).

Estes dispositivos experimentais eram recuperados anualmente e transportados até ao Reino Unido para estudo e consistiam numa espécie de armações de malha em titânio. Possuíam, também, no seu interior uma variedade de materiais de controlo e substratos biológicos: vestimentíferos desidratados; mexilhões das zonas hidrotermais; conchas de mexilhões, búzios e amêijoas, e carapaças de camarão tigre.

Crispin Little no convés do
navio de investigação
Atlantis depois do seu
primeiro mergulho no
submersível Alvin em
Dezembro de 2007. É
tradição ser-se encharcado
com água do mar fria.
Durante o mergulho, ele e os
seus colegas implantaram
um novo conjunto de
armações de fossilização nas
fontes hidrotermais, que
foram recuperadas cerca de
um ano depois

Imagem cortesia de Crispin
Little

Em Maio de 2005 implantámos as armações de fossilização em duas regiões das fontes hidrotermais. Infelizmente, o nosso trabalho árduo não produziu quaisquer resultados. As armações (juntamente com os restantes equipamentos da equipa de investigação) foram destruídas por uma grande erupção vulcânica submarina que ocorreu no local em 2005. Estimou-se que nesta erupção foram emitidos cerca de 22 milhões de metros cúbicos de lava. Presumivelmente as nossas armações ainda se encontram nos locais onde foram colocadas mas debaixo de vários metros de basalto!

Tivemos que reiniciar o projecto, construindo novas armações e negociando, com os nossos colegas americanos, novos horários para a utilização do navio. Felizmente, temos gozado de um grande sucesso desde então. Em Novembro de 2006 implantamos novas armações e em dois locais diferentes das fontes hidrotermais. Em Dezembro de 2007 recuperamos os dispositivos após 373 dias e 319 dias, respectivamente, da implantação. Os resultados são muito interessantes, e vão além das respostas às nossas questões iniciais sobre os processos de fossilização nestas zonas. Por exemplo, agora sabemos que o processo fossilização depende muito do local das fontes hidrotermais onde os restos dos organismos se depositam.

Crispin Little extraindo um
par de armações de
fossilização do cesto de
colecta do Alvin (a garra do
Alvin pode ser vista à
direita), recuperadas a 2,5 km
de profundidade, no fundo
oceânico. Cerca de um ano
depois de estarem em
contacto com as elevadas
temperaturas dos fluidos
hidrotermais, as armações
apresentam uma chaminé de
pirite a crescer

Imagem cortesia de Crispin
Little

Na nossa experiência, a fossilização por crescimento de sulfuretos nos materiais biológicos (vestimentíferos, conchas de moluscos como búzios, mexilhão e amêijoas) apenas ocorre nas áreas de maior temperatura das fontes, ou em locais cujo tipo de emissões mudaram durante o período experimental – por exemplo a passagem de emissões de fluxo difuso de água para fumarolas negras. Normalmente, a mineralização dos sulfuretos não ocorre em fontes de fluxo difuso, além disto nestes locais as conchas dos moluscos sofreram uma considerável dissolução, tal como nos locais de controlo, distantes da actividade hidrotermal. Isto significa que os registos fósseis encontrados em antigos depósitos reflectem apenas uma parte da comunidade animal que habitava nas áreas de elevada temperatura que circundavam as fontes hidrotermais.

Verificamos que as conchas dos moluscos e as estruturas tubulares dos vermes funcionaram como substratos para o crescimento de pirite (sulfureto de ferro), com a ocorrência de mineralização em ambos. Isto é exactamente o que poderíamos esperar da preservação dos fósseis num antigo depósito hidrotermal.

Alvin descendo até à sua
máxima profundida, 4000 m
(a profundidade média do
oceano é 3800 m)

Imagem cortesia de OAR /
National Undersea Research
Program (NURP); Woods Hole
Oceanographic Institution

Também descobrimos que a aparente tendência para a fossilização dos vermes tubulares e das conchas dos moluscos é um fenómeno real. Tal reflecte o modo como diferentes substratos biológicos resistem à dissolução química do ambiente das fontes hidrotermais, que os coloca sob grandes pressões, grandes temperaturas e fluidos ácidos. Assim, as carapaças de camarão não permaneceram em nenhuma das 10 armações, incluindo o local de controlo. Os vestimentíferos, em contrapartida, são resistentes o suficiente para fossilizarem.

O revestimento orgânico das conchas dos moluscos, denominado perióstraco, protege-os de alguma forma da dissolução, o que torna mais provável que conchas com paredes periostracais mais espessas sejam preservadas como fósseis, especialmente porque o perióstraco pode ser mineralizado. Tal implica que crustáceos, como caranguejos e camarões, estiveram presentes nas fontes no passado, porém não foram preservados como fósseis pelas razões apresentadas.

Os nossos resultados são consistentes com as observações feitas em antigas regiões hidrotermais e permitiu-nos uma melhor interpretação do registo fóssil das comunidades hidrotermais das mesmas. A partir daqui, podemos saber mais sobre a forma como a fauna hidrotermal evoluiu porque agora entendemos como são preservados os organismos nestes ambientes, incluindo o rápido caminho para a sua fossilização – menos de um ano.

No entanto, e porque a fossilização nas fontes hidrotermais é um processo rápido, continuamos sem entender completamente os estados iniciais de mineralização das conchas e dos tubos pela pirite. Futuras experiências devem ter uma duração menor às aqui descritas – na ordem de alguns meses. Tempo num navio e lugares no submersível, alguém interessado?

Agradecimentos

Este artigo foi publicado pela primeira vez no Planet Earth, uma revista gratuita sobre ciências naturais e ambiente e publicada pelo UK’s Natural Environment Research Council. Ver Little (2009).

Para subscrever Planet Earth, correio electrónico requests@nerc.ac.uk.

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References

Author(s)

Dr. Crispin Little é professor na School of Earth and Environment na Universidade de Leeds, Reino Unido.


Review

Este é um soberbo artigo que descreve o processo de investigação científica nas condições extremas das fontes hidrotermais. Adequado para alunos com idades entre os 12 e os 18 anos, pode ser usado nas aulas abordando a temática da biologia em condições extremas, adaptação, vida no espaço e recursos minerais. Por exemplo, pode ser usado como base para discutir a probabilidade de vida noutros planetas.

Questões adequadas para a sua compreensão incluem:

  1. Quais são os tipos de organismos encontrados perto da fontes hidrotermais dos fundos marinhos?
  2. De que forma sobrevivem os organismos nas condições de ausência de luz solar?
  3. Qual é a fonte de alimentação destes organismos?
  4. Quais os tipos de minerais que se encontram nas regiões das fontes hidrotermais?

O aspecto multidisciplinar desta investigação torna este artigo muito útil quando se discute o modo como a ciência funciona na realidade.


Eric Demoncheaux, Reino Unido




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CC-BY-NC-ND