Aminoácidos antigos de cascas de ovos de dinossauro e a calcite

Como cientista, o trabalho de laboratório pode, por vezes, tornar-se repetitivo. Contudo, em 2017, quando era estudante de doutoramento em paleobiologia na Universidade de Bristol, no Reino Unido, ouvi uma exclamação entusiasmada do outro lado da sala.

Kirsty Penkman, diretora do laboratório de racemização de aminoácidos do Nordeste da Universidade de York, acabara de consultar os dados impressos dos cromatogramas e quase saltava de alegria.

O instrumento identificara assinaturas reveladoras de aminoácidos antigos em casca de ovo. Os aminoácidos são os elementos que constituem as sequências de proteínas dos organismos vivos.

Mas não se tratava de uma casca de ovo qualquer: era um fóssil de um titanossauro, um dinossauro herbívoro gigante que viveu há cerca de 70 milhões de anos.

Pouco material orgânico resiste durante milhões de anos, o que restringe a capacidade dos cientistas para investigar a biologia de organismos extintos em comparação com os modernos, cujas proteínas e ADN podem ser sequenciados. Como o entusiasmo de Penkman deixava antever, estes aminoácidos eram extraordinários.

Na verdade, o resultado surgiu inesperadamente durante os esforços da nossa equipa para testar alegações de preservação quase intacta de proteínas em osso de dinossauro. Levei vários ossos fósseis a Penkman, mas os resultados indicaram que não tinham sido conservados aminoácidos originais e que estavam até contaminados por micróbios do ambiente onde tinham permanecido enterrados.

A análise de fósseis de casca de ovo nem sequer fazia parte do plano inicial da investigação.

Fragmentos fósseis órfãos

No entanto, tinha acabado de ver que a minha colega Beatrice Demarchi, Penkman e a respetiva equipa tinham identificado sequências curtas de proteínas em casca de ovo de ave com 3,8 milhões de anos. Previ que, se as cascas de ovos de dinossauro não conservassem proteínas originais, os seus ossos provavelmente também não as preservariam, e quis verificar se era esse o caso. Felizmente, tínhamos acesso a casca de ovo de dinossauro.

Por volta de 2000, numerosos fragmentos de casca de ovo foram exportados ilegalmente da Argentina para o mercado comercial. Quando era uma criança obcecada por fósseis, recebi até um fragmento do tamanho de uma moeda numa loja norte-americana de minerais. Penkman e eu analisámos esse pedaço, bem como outro comprado na loja de lembranças de um museu europeu.

Estes fragmentos fósseis adquiriram, de certa forma, valor científico por não pertencerem a coleções museológicas. Não tínhamos de recear danificá-los durante a análise. Para nossa surpresa, deparámo-nos com uma oportunidade rara de estudar vestígios orgânicos antigos de um dinossauro.

Aminoácidos em cascas de ovos de dinossauro

Impulsionada por esta descoberta inicial, a nossa grande equipa internacional examinou mais cascas de ovos de dinossauro provenientes da Argentina, de Espanha e da China, recorrendo a uma ampla variedade de técnicas.

Embora algumas cascas de ovo tenham conservado aminoácidos muito melhor do que outras, as evidências, no seu conjunto, indicavam que estas moléculas eram antigas e originais, podendo ter entre 66 milhões e 86 milhões de anos.

Durante a vida do animal, as proteínas que contribuíam para a calcificação da casca do ovo ficavam aprisionadas nos cristais minerais. Os aminoácidos remanescentes que detetámos, porém, eram moléculas livres, separadas das suas cadeias proteicas através de reações com água. Apenas identificámos alguns dos aminoácidos mais estáveis. Os menos estáveis estavam ausentes, pois tinham-se degradado.

Os aminoácidos que ainda se conservavam eram aquilo a que os químicos chamam racémicos. Os aminoácidos podem apresentar configurações orientadas à esquerda ou à direita. Os organismos vivos regulam os seus aminoácidos para que surjam quase exclusivamente na configuração orientada à esquerda. Depois de o organismo morrer, os aminoácidos podem converter-se entre estas orientações até atingirem misturas de 50-50 das duas configurações.

Uma mistura de 50-50 é conhecida como racémica e indica que os aminoácidos se tinham separado das suas cadeias proteicas há muito tempo.

Calcite, um arquivo de aminoácidos

Os resultados obtidos nas cascas de ovos de dinossauro revelaram uma degradação mais extrema do que a observada em fósseis mais jovens de casca de ovo de ave e de concha de molusco. Também coincidiram com resultados de experiências que expõem casca de ovo ao calor em laboratório, simulando a degradação ao longo de milhares ou milhões de anos.

Os organismos reforçam estas cascas com um mineral de carbonato de cálcio chamado calcite. Ao contrário do fosfato de cálcio que constitui os ossos, a calcite pode funcionar como um sistema fechado, retendo os produtos das proteínas envolvidas na calcificação à medida que estas se decompõem, incluindo aminoácidos livres separados das sequências de proteínas. Este sistema fechado permitiu-nos observar os aminoácidos nas nossas análises.

A casca de ovo de ave está, aliás, entre os melhores materiais para encontrar sequências de proteínas preservadas em fósseis, quanto mais aminoácidos livres. A equipa de Demarchi detetou sequências curtas e intactas de aminoácidos que permaneciam ligados numa cadeia em casca de ovo de ave com pelo menos 6,5 milhões de anos.

Outros investigadores afirmaram ter encontrado aminoácidos mais antigos, bem como fizeram alegações mais extremas e menos prováveis sobre sequências de proteínas preservadas. Contudo, o nosso estudo recorre a uma gama mais alargada de métodos e apresenta o sinal mais convincente de moléculas estáveis num tecido que agora sabemos conservar bem as moléculas.

Os nossos aminoácidos de dinossauro poderão deter o recorde do material relacionado com proteínas mais antigo alguma vez encontrado com evidências muito sólidas, além de constituírem a primeira evidência inequívoca proveniente de um dinossauro mesozóico.

Recorrer à calcite para olhar para o passado

A sequência genética do ADN, que acaba por se expressar em proteínas, fornece um código-fonte dos organismos que os cientistas podem estudar. Mas, se apenas um subconjunto de aminoácidos sobreviver no fóssil, é como retirar todas as letras de um livro exceto cinco: torna-se possível fazer pouca análise literária. Que mensagens da vida antiga poderão, então, persistir nestas cápsulas temporais de calcite?

Um sinal biologicamente informativo pode envolver isótopos estáveis, que são átomos do mesmo elemento com massas diferentes. Os cientistas podem analisar as proporções de isótopos estáveis de carbono, oxigénio ou azoto para conhecer a sua origem, como a dieta do animal. Uma vez que a calcite da casca de ovo funciona como sistema fechado, é mais provável que as proporções de isótopos estáveis nos seus aminoácidos provenham diretamente do dinossauro, e não de contaminação exterior.

Em investigações futuras, a nossa equipa usará fósseis para procurar ainda mais longe no passado. Outros organismos, além dos dinossauros que punham ovos, reforçavam os seus tecidos com calcite. Por exemplo, os artrópodes marinhos chamados trilobites, que viveram há mais de meio milhar de milhões de anos, tinham calcite nos olhos.

O estudo de vestígios mais antigos poderá ajudar os cientistas a compreender as alterações moleculares que ocorrem nos fósseis ao longo de extensos períodos. A calcite fóssil, a cápsula temporal molecular da Terra, pode transmitir relatos ténues de formas de vida desaparecidas há muito, permitindo aos investigadores compreender melhor a sua biologia.

As cascas de ovos órfãs usadas na nossa análise inicial tiveram um final feliz. Acabaram por encontrar uma nova casa no Museo Provincial Patagonico de Ciencias Naturales, um museu de ciências naturais da Patagónia, depois de serem repatriadas para a única província conhecida por produzir aquele tipo de estrutura microscópica de casca de ovo.

Evan Thomas Saitta, investigador de pós-doutoramento em Paleontologia, Universidade de Chicago

Este artigo é republicado do The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.