A origem das fezes: como excrementos animais impulsionaram o maior evento evolutivo da história da Terra

Como todas crianças aprendem, todo mundo faz cocô. Mas quando isso começou?

E quais mudanças evolutivas e ambientais acompanharam o surgimento do cocô? Indo além, será que a evolução do excremento é a razão pela qual existimos?

Nossa nova pesquisa sugere que a evolução da matéria fecal ajudou a impulsionar um dos eventos ecológicos mais importantes da história da vida na Terra: a explosão cambriana.

E o cocô pode realmente ser a razão pela qual os animais foram um sucesso evolutivo tão grande.

Uma pista oculta para a explosão cambriana

Há cerca de 540 milhões de anos, a explosão cambriana transformou a vida na Terra. Durante um intervalo relativamente breve na escala geológica - algo entre 13 milhões e 25 milhões de anos -, surgiu a maioria dos principais grupos animais.

Por volta da mesma época, os primeiros ecossistemas marinhos se desenvolveram e se tornaram mais complexos. As redes tróficas marinhas começaram a se assemelhar às dos oceanos modernos.

Os cientistas há muito debatem o que impulsionou essa diversificação. O aumento dos níveis de oxigênio na atmosfera, inovações evolutivas e interações predador-presa cada vez mais complexas foram todos propostos como fatores.

Mas grande parte da pesquisa sobre ecossistemas antigos e modernos ignora uma substância importante: as fezes. Os cientistas analisam fezes fossilizadas, conhecidas como coprólitos, mas geralmente apenas para obter evidências de dietas antigas e descobrir quais criaturas se alimentavam umas das outras.

Nosso estudo considerou esses fósseis como parte de um panorama muito mais amplo. Defendemos que eles também registram o surgimento de um processo ecológico fundamental.

À medida que os animais se tornaram mais abundantes e desenvolveram sistemas digestivos mais sofisticados, passaram a produzir mais matéria fecal. Mais fezes significavam que mais material orgânico e nutrientes eram distribuídos pelos oceanos. Isso, por sua vez, acelerou o desenvolvimento dos ecossistemas.

De aparelhos digestivos a ecossistemas complexos

Os primeiros animais surgiram cerca de 60 milhões de anos antes do início da explosão cambriana. Até o Cambriano, porém, há pouca ou nenhuma evidência de sistemas digestivos complexos, nem de coprólitos confirmados.

O registro fóssil de intestinos e coprólitos muda drasticamente durante o Cambriano. As primeiras fezes fossilizadas aparecem logo no início do Cambriano e tornam-se cada vez mais abundantes.

À medida que avançamos no tempo, surgem coprólitos mais diversificados. Evidências de dezenas de depósitos em todo o mundo mostram uma variedade de formas e tamanhos diferentes. A matéria fecal varia de grânulos microscópicos a coprólitos na escala de centímetros, contendo conchas trituradas e outros fragmentos de animais.

Associado a essa mudança, houve um aumento no número de fósseis muito bem preservados com sistemas digestivos complexos, particularmente entre os primeiros artrópodes. Esses animais haviam desenvolvido intestinos anteriores especializados e glândulas digestivas capazes de processar uma variedade maior de alimentos.

Juntos, esses fósseis mostram que os animais estavam começando a processar e, em seguida, redistribuir matéria orgânica por meio de vias totalmente novas.

Ciclo de nutrientes em escala evolutiva

A importância ecológica dessa inovação fica mais clara quando analisada em comparação com os oceanos modernos.

Hoje, as bolinhas fecais são um componente importante da bomba biológica: o processo que transporta carbono orgânico e nutrientes - e também microplásticos - das águas superficiais para ambientes marinhos mais profundos. À medida que as bolinhas fecais afundam, elas levam nutrientes para sustentar a vida muito além da superfície iluminada do oceano.

Nossa pesquisa sugere que o surgimento generalizado de matéria fecal durante o Cambriano pode representar a origem evolutiva desse processo.

À medida que a diversidade animal e a biomassa aumentavam durante o Cambriano, o mesmo teria ocorrido com a produção de grânulos fecais. Isso teria significado mais fontes de energia e nutrientes afundando para habitats marinhos mais profundos e tornando os alimentos mais amplamente disponíveis em águas mais rasas.

Comunidades marinhas mais complexas

O início da produção generalizada de matéria fecal teve um importante efeito de retroalimentação ecológica. Uma maior diversidade animal resultou em maior produção de matéria fecal, aumentando a redistribuição de carbono orgânico e nutrientes pelos ecossistemas marinhos.

A maior disponibilidade de nutrientes, por sua vez, provavelmente sustentou populações maiores, redes alimentares mais complexas e a colonização de habitats marinhos cada vez mais diversificados. Esses ecossistemas em expansão teriam, então, gerado uma produtividade biológica ainda maior.

Nossa observação aqui complementa outras hipóteses que explicam a explosão cambriana. A oxigenação, as interações ecológicas e as inovações evolutivas, sem dúvida, também tiveram papéis fundamentais.

Russell Dean Christopher Bicknell recebe financiamento do Australian Research Council.

Julien Kimmig não presta consultoria, trabalha, possui ações ou recebe financiamento de qualquer empresa ou organização que poderia se beneficiar com a publicação deste artigo e não revelou nenhum vínculo relevante além de seu cargo acadêmico.