07/06/2022 - 7:55
Os plesiossauros, que viveram cerca de 210 milhões de anos atrás, adaptaram-se à vida subaquática de uma maneira única: suas patas dianteiras e traseiras evoluíram no curso da evolução para formar quatro nadadeiras uniformes em forma de asas. Em sua tese supervisionada na Universidade do Ruhr em Bochum e na Universidade de Bonn (Alemanha), a drª Anna Krahl investigou como eles as usavam para se mover pela água.
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Em parte, usando o método dos elementos finitos, amplamente utilizado na engenharia, ela conseguiu mostrar que era necessário torcer as nadadeiras para seguir em frente. Ela foi capaz de reconstruir a sequência do movimento usando ossos, modelos e reconstruções dos músculos.
As descobertas foram relatadas em artigo publicado na revista PeerJ.
Os plesiossauros pertencem a um grupo de répteis chamados Sauropterygia, que se readaptaram a viver nos oceanos. Eles evoluíram no final do Triássico 210 milhões de anos atrás, viveram na mesma época que os dinossauros e se extinguiram no final do período Cretáceo. Os plesiossauros são caracterizados por um pescoço muitas vezes extremamente alongado com uma cabeça pequena – os elasmossauros ainda têm o pescoço mais longo de todos os vertebrados. Mas também havia grandes formas predatórias com um pescoço bastante curto e crânios enormes. Em todos os plesiossauros, o pescoço está ligado a um corpo hidrodinamicamente bem adaptado em forma de lágrima com uma cauda marcadamente encurtada.
Nadadeiras em forma de asas
A segunda característica que torna os plesiossauros tão incomuns são suas quatro nadadeiras uniformes em forma de asas. “Ter as patas dianteiras transformadas em nadadeiras semelhantes a asas é relativamente comum na evolução, por exemplo, em tartarugas marinhas. Nunca mais, no entanto, as patas traseiras evoluíram para uma asa semelhante a um aerofólio de aparência quase idêntica”, explicou Anna Krahl, cuja tese de doutorado foi supervisionada pelo professor P. Martin Sander (Bonn) e pelo professor Ulrich Witzel (Bochum). Tartarugas marinhas e pinguins, por exemplo, têm pés palmados.
Por mais de 120 anos, pesquisadores em paleontologia de vertebrados se perguntaram como os plesiossauros nadavam com essas quatro asas. Eles remavam como tartarugas de água doce ou patos? Eles “voavam” debaixo d’água como tartarugas marinhas e pinguins? Ou eles combinavam o voar subaquático e a remada como os leões-marinhos modernos ou a tartaruga-nariz-de-porco? Também não está claro se as nadadeiras dianteiras e traseiras eram agitadas em uníssono, em oposição ou fora de fase.
Anna Krahl estuda a estrutura corporal dos plesiossauros há vários anos. Ela examinou os ossos do ombro e da cintura pélvica, as nadadeiras dianteiras e traseiras e as superfícies articulares do ombro do plesiossauro Cryptoclidus eurymerus do período Jurássico Médio (cerca de 160 milhões de anos atrás) em um esqueleto completo exibido no Museu Goldfuß da Universidade de Bonn. Os plesiossauros tinham as articulações do cotovelo, joelho, mão e tornozelo enrijecidas, mas as articulações do ombro, quadril e dedos funcionavam.
“A análise comparando-os com as tartarugas marinhas modernas, e com base no que se sabe sobre seu processo de natação, indicou que os plesiossauros provavelmente não eram capazes de girar suas nadadeiras tanto quanto seria necessário para remar”, concluiu Krahl, resumindo um de seus artigos preliminares. O remo é principalmente um movimento de vaivém que usa a resistência da água para avançar. A direção preferida do movimento das nadadeiras nos plesiossauros, por outro lado, era para cima e para baixo, usada por voadores subaquáticos para gerar propulsão.
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Modelos computadorizados
Os músculos dos estudos anteriores eram esticados nesse modelo para entender melhor sua geometria. O modelo também permitiu que as posições das nadadeiras fossem alteradas para medir quantos músculos são alongados ou encurtados.
Permanecia a questão de como os plesiossauros poderiam torcer suas nadadeiras para colocá-los em uma posição hidrodinamicamente favorável e produzir sustentação sem girar o braço e a coxa em torno do eixo longitudinal. “Isso pode funcionar girando as nadadeiras em torno de seu eixo longo”, disse Anna Krahl. “Outros vertebrados, como a tartaruga-de-couro, também demonstraram usar esse movimento para gerar propulsão através da sustentação.”
A torção, por exemplo, envolve dobrar o primeiro dedo bem para baixo e o último dedo bem para cima. Os dedos restantes unem essas posições extremas para que a ponta da nadadeira fique quase na vertical sem exigir nenhuma rotação real no ombro ou no pulso.
Uma reconstrução dos músculos das nadadeiras anteriores e posteriores de Cryptoclidus usando répteis vivos hoje mostrou que os plesiossauros podem ativar ativamente essa torção das nadadeiras. Além dos modelos clássicos, os pesquisadores também fizeram tomografias computadorizadas do úmero e do fêmur de Cryptoclidus e as usaram para criar modelos virtuais 3D. “Esses modelos digitais foram a base para calcular as forças usando um método que tomamos emprestado da engenharia: o método dos elementos finitos, ou FE”, explicou Anna Krahl. Todos os músculos e seus ângulos de fixação no úmero e fêmur foram reproduzidos virtualmente em um programa de computador FE que pode simular cargas funcionais fisiológicas, por exemplo, em componentes de construção, mas também em próteses. Com base em suposições de força muscular de um estudo semelhante em tartarugas marinhas, a equipe conseguiu calcular e visualizar a carga em cada osso.
Torção das nadadeiras: comprovação indireta
Durante um ciclo de movimento, os ossos dos membros envolvem compressão, tensão, flexão e torção. “As análises FE mostraram que o úmero e o fêmur nas nadadeiras são funcionalmente carregados principalmente por compressão e, em muito menor grau, por tensão de tração”, explicou Anna Krahl. “Isso significa que o plesiossauro construiu seus ossos usando o mínimo de material necessário.” Este estado natural só pode ser mantido se os músculos que torcem as nadadeiras e os músculos que envolvem o osso estão incluídos. “Podemos, portanto, provar indiretamente que os plesiossauros torceram suas nadadeiras para nadar com eficiência”, resumiu Anna Krahl.
A equipe também foi capaz de calcular as forças para os músculos individuais que geravam o movimento ascendente e descendente. Por exemplo, verificou-se que o movimento descendente de ambos os pares de nadadeiras era mais poderoso do que o movimento ascendente. Isso é comparável às nossas tartarugas marinhas de hoje e diferente dos pinguins atuais, que avançam a mesma distância tanto para cima quanto para baixo. “Os plesiossauros se adaptaram à vida na água de uma maneira muito diferente das baleias, por exemplo”, observou Anna Krahl, que agora trabalha na Universidade Eberhard Karls em Tübingen (Alemanha). “Esse caminho único da evolução exemplifica a importância da pesquisa paleontológica porque é a única maneira de apreciarmos toda a gama do que a evolução pode trazer.”
