Os investigadores identificaram o que pode ser a primeira evidência conhecida de um sistema interno de “GPS” animal, oferecendo um possível vislumbre de como as aves, peixes e outras criaturas modernas desenvolveram a capacidade de navegar usando o campo magnético da Terra.
Isto é evidenciado por pequenos fósseis magnéticos que datam de 97 milhões de anos. Eles foram preservados em antigos sedimentos do fundo do mar e parecem ter sido produzidos por um organismo cuja identidade permanece desconhecida.
As estruturas microscópicas conhecidas como magnetofósseis vêm em formatos como pontas de lança, fusos, balas e agulhas. Cada bactéria não é maior que uma célula. Os cientistas acreditam que suas origens são biológicas, embora permaneça incerto há muito tempo exatamente qual organismo os criou e qual a finalidade a que serviram.
Agora, os investigadores descobriram evidências de que as estruturas podem ter funcionado como um sofisticado sistema de navegação, permitindo a um animal antigo interpretar o campo magnético da Terra como um mapa.
Um sistema de navegação magnética de 97 milhões de anos atrás
Cientistas da Universidade de Cambridge e do Helmholtz Zentrum Berlin criaram as primeiras imagens 3D de estruturas magnéticas dentro de fósseis. A sua análise revelou características que pareciam adaptadas para detectar tanto a direcção como a força do campo magnético da Terra, dois tipos de informação que poderiam ajudar um animal a determinar onde estava e para onde ia.
“Qualquer que seja a criatura que criou estes magnetofósseis, sabemos agora que provavelmente era capaz de uma navegação precisa”, disse o professor Rich Harrison, do Departamento de Ciências da Terra de Cambridge, que co-liderou a investigação.
As descobertas fornecem a primeira evidência direta de que os animais viajavam ao longo do campo magnético da Terra há pelo menos 97 milhões de anos. Eles também podem ajudar os cientistas a entender como esse sentido notável, conhecido como magnetorecepção, evoluiu. Os resultados são relatados na revista comunicação terra e meio ambiente.
A magnetorecepção é um dos sentidos menos compreendidos encontrados na natureza. Aves, peixes e insectos podem utilizar o campo magnético da Terra para viajar grandes distâncias, mas os cientistas ainda não compreendem completamente os mecanismos biológicos que tornam isto possível.
Uma consideração importante envolve a magnetita, um mineral magnético que pode formar pequenos cristais dentro do corpo de um animal. Estas partículas podem alinhar-se com o campo magnético da Terra e comportar-se como agulhas microscópicas de uma bússola.
As bactérias fornecem uma bússola magnética simples
Algumas bactérias que vivem em lagos e outros ambientes aquáticos já utilizam uma versão básica deste sistema. Cadeias de partículas magnéticas dentro das células permitem que as bactérias se orientem com o campo magnético da Terra, ajudando-as a nadar até a profundidade de água preferida.
“Com apenas 50-100 nanômetros de largura, essas partículas são bússolas perfeitas”, disse Harrison. “Se você quiser obter o sentido magnético mais eficiente, quanto menor, melhor.”
No entanto, os magnetofósseis examinados na nova pesquisa são muito maiores. Obtidos em um local no Oceano Atlântico Norte, são cerca de 10 a 20 vezes maiores que as partículas magnéticas utilizadas pelas bactérias.
Os cientistas sugeriram anteriormente que estes magnetofósseis invulgarmente grandes podem actuar como espinhos protectores. No entanto, simulações computacionais indicaram que as estruturas podem ter propriedades magnéticas muito mais sofisticadas.
“Parece que este organismo controlava cuidadosamente a forma e a estrutura destes fósseis, e queríamos saber porquê”, disse ele.
Olhando dentro de fósseis magnéticos
Para investigar, os pesquisadores usaram um novo método de imagem que lhes permitiu ver como os momentos magnéticos (minúsculos campos magnéticos produzidos pela rotação de elétrons) são organizados em magnetofósseis.
Anteriormente, os cientistas não conseguiam obter imagens magnéticas 3D de partículas grandes, como magnetofósseis gigantes, porque os raios X convencionais não conseguiam penetrá-las de forma eficaz.
O novo trabalho foi possível graças a uma técnica desenvolvida pela coautora Claire Donnelly no Instituto Max Planck, na Alemanha. As medições foram realizadas no Diamond X-ray Facility em Oxford.
“O facto de termos conseguido mapear a estrutura magnética interna com tomografia magnética já foi um resultado fantástico, mas o facto de os resultados fornecerem informações sobre a navegação de criaturas há milhões de anos é realmente emocionante”, disse Donnelly.
As imagens resultantes revelaram padrões magnéticos internos inesperadamente complexos. Os momentos magnéticos espiralam em torno de uma linha central que se estende através do fóssil, formando uma estrutura que lembra um vórtice em forma de tornado.
uma partícula feita para navegação
Segundo Harrison, esse tipo de magnetismo de vórtice possui propriedades excepcionalmente adequadas para navegação. A estrutura produz uma “oscilação” sutil causada por pequenas mudanças na força do campo magnético, permitindo potencialmente que um organismo extraia informações detalhadas sobre sua localização geográfica.
“Esta partícula magnética não só detecta a latitude ao detectar a inclinação do campo magnético da Terra, mas também mede a sua força, que pode mudar com a longitude”, disse ele.
A geometria do vórtice também é extremamente estável. Essa estabilidade pode permitir que o sistema magnético resista a pequenas perturbações ambientais que poderiam interferir na sua capacidade de fornecer informações de navegação confiáveis.
“Se a natureza desenvolvesse um GPS, uma partícula em que se pudesse confiar para viajar milhares de quilómetros através do oceano, seria algo assim”, disse ele.
Ao revelar para que os fósseis poderiam ter sido usados, a pesquisa também fornece pistas sobre o misterioso animal que os produziu.
“A próxima questão é quem produziu estes fósseis”, disse Harrison. “Isso nos diz que precisamos procurar um animal migratório que fosse comum o suficiente para deixar restos fósseis abundantes nos oceanos”.
As enguias antigas poderiam ser responsáveis?
Harrison sugere que as enguias são uma possível candidata. As enguias evoluíram há aproximadamente 100 milhões de anos e continuam sendo um dos animais vivos mais elusivos e menos compreendidos hoje.
Os peixes modernos europeus e americanos fazem migrações extraordinárias, viajando milhares de quilómetros desde rios de água doce até desovar no Mar dos Sargaços. Os pesquisadores sabem que as enguias podem detectar o campo magnético da Terra, mas não se sabe exatamente como elas o percebem.
Partículas de magnetita foram encontradas em enguias, embora os cientistas ainda não tenham obtido imagens diretas dessas partículas dentro de suas células e tecidos. Seu tamanho extremamente pequeno torna-os difíceis de detectar, principalmente porque podem estar escondidos em quase qualquer parte do corpo do animal.
Harrison trabalhou em estreita colaboração com Sergio Valencia, do Helmholtz Zentrum Berlin, ao projetar o estudo.
“Esta foi verdadeiramente uma colaboração internacional envolvendo especialistas de diferentes áreas, trabalhando juntos para esclarecer a funcionalidade potencial destes magnetofósseis”, disse Valencia.
Embora a identidade do organismo que criou as estruturas permaneça desconhecida, os fósseis podem representar um passo importante na evolução de uma das capacidades de navegação mais notáveis da natureza.
“O magnetofóssil gigante é um passo importante na descoberta de como os animais evoluíram a magnetorecepção bacteriana básica em sistemas de navegação altamente especializados, semelhantes ao GPS”, disse Harrison.
A pesquisa foi parcialmente apoiada pela União Europeia, pelo Conselho Europeu de Pesquisa e pela Royal Society. Rich Harrison é membro do St Catharine’s College, Cambridge.
