Os paleonta³logos David Peterman e Kathleen Ritterbush, da Universidade de Utah, sabem que uma coisa éusar matemática e física para entender como as criaturas marinhas antigas se moviam na a¡gua. Outra coisa érealmente colocar ranãplicas dessas criaturas na águae ver por si mesmas. Eles estãoentre os cientistas que estão, por meio de uma variedade de manãtodos, incluindo modelos digitais e ranãplicas impressas em 3D, "des-fossilizando" animais do passado para aprender como eles viviam.

Peterman, Ritterbush e seus colegas levaram reconstruções impressas em 3D de cefala³podes fa³sseis para tanques de águareais (incluindo uma piscina da Universidade de Utah) para ver como sua estrutura de concha pode estar ligada ao seu movimento e estilo de vida. Sua pesquisa foi publicada na PeerJ e em um pra³ximo volume em memória do falecido paleonta³logo William Cobban. Eles descobriram que cefala³podes com conchas retas chamadas ortocones provavelmente viviam uma vida vertical, voando para cima e para baixo para pegar comida e fugir de predadores. Outros com conchas em espiral, chamados torticones, adicionaram um giro suave aos seus movimentos verticais.

"Graças a essas novas técnicas", diz Peterman, um estudioso de pa³s-doutorado no Departamento de Geologia e Geofa­sica, "podemos avana§ar para uma fronteira amplamente inexplorada na paleobiologia. Por meio de modelagem detalhada, essas técnicas ajudam a pintar um quadro mais claro das capacidades dessas animais ecologicamente significativos enquanto estavam vivos. "

Os pesquisadores são veteranos desse estilo de "paleontologia virtual", tendo trabalhado com modelos digitais de amona³ides e versaµes impressas em 3D para testar hipa³teses sobre sua evolução e estilo de vida. A maioria dos ammona³ides tem conchas em espiral, como os atuais na¡utilos com ca¢mara, e disparam em volta do oceano em todas as direções.

Mas em seu pesquisador publicado na PeerJ , Peterman e Ritterbush, professor assistente de Geologia e Geofa­sica, exploraram uma forma de concha diferente - o ortocone de concha reta. As conchas retas evolua­ram várias vezes em linhagens diferentes ao longo do registro fa³ssil , sugerindo que elas tinham algum valor adaptativo.

"Isso éimportante porque os ortocones abrangem uma grande parte do tempo e são representados por centenas de gêneros [plural de gaªnero]", diz Peterman, e muitas reconstruções e dioramas mostram os ortocones como nadadores horizontais como a lula. "Eles foram os principais componentes dos ecossistemas marinhos, mas sabemos muito pouco sobre suas capacidades de natação."

Então, ele e Ritterbush fizeram varreduras em 3D de fa³sseis de Baculites compressus , uma espanãcie de ortocone que viveu durante o Creta¡ceo, e projetaram quatro modelos digitais diferentes , cada um com propriedades físicas diferentes. Encontre um modelo digital ortocone aqui .

Como eles sabiam como pesar as estruturas dos modelos? "Matema¡tica", diz Peterman. Eles ajustaram os centros de massa e contrapesos dentro dos modelos, representando os equila­brios de tecido mole e vazios cheios de ar que o ortocone provavelmente teria mantido em sua vida. “O modelo resultante ébalanceado da mesma forma que o animal vivo, permitindo análises muito detalhadas de seus movimentos”, diz ele.

Os modelos impressos em 3D resultantes tinham quase 60 centa­metros de comprimento. Com a ajuda de Emma Janusz e Mark Weiss no Centro de Vida Estudantil George S. Eccles dos EUA, os pesquisadores montaram um equipamento de ca¢mera em uma parte de 2,1 metros da piscina da Lagoa Crimson e lançaram os modelos embaixo d' águapara ver como eles naturalmente mudou-se.

Os resultados mostraram claramente que o manãtodo mais eficiente de movimento era vertical, uma vez que mover de um lado para o outro criava muito arrasto. “Fiquei surpreso com a estabilidade deles”, diz Peterman. "Qualquer rotação fora de sua orientação vertical érecebida com um forte momento de restauração, de modo que muitas espanãcies de ortocones vivos provavelmente não foram capazes de modificar suas próprias orientações. Além disso, a fonte de impulso do jato estãosituada tão baixa que, durante o movimento lateral, muito energia seria perdida devido ao balana§o. "

Os resultados também mostraram que os ortocones podem ter sido capazes de atingir altas velocidades entre os cefala³podes sem casca. Isso poderia ser útil para fugir de predadores. Olhando para os resultados dos experimentos de piscina e calculando o tempo necessa¡rio para escapar dos predadores modernos (como substitutos dos predadores extintos dos ortocones), eles descobriram que os ortocones podem ter sido capazes de voar para cima rápido o suficiente para escapar de animais semelhantes a crocodilos ou baleias. Eles podem não ter tido tanta sorte contra nadadores rápidos como os tubaraµes, no entanto.

Portanto, a maioria das espanãcies de ortocones não poderia ter vivido um estilo de vida de natação horizontal. "Em vez disso", diz Peterman, "espanãcies sem contrapesos em suas conchas assumiram um ha¡bito de vida vertical, alimentando-se perto do fundo do mar ou migrando verticalmente na coluna de a¡gua. Embora os ortocones não fossem tão atlanãticos ou ativos como as lulas modernas, eles poderiam ter mantido a capacidade de impedir predadores com esquivas para cima. "

Peterman e Ritterbush, junto com os recanãm-formados Nicholas Hebdon e Ryan Shell do Cincinnati Museum Center, também realizaram um conjunto semelhante de experimentos com torticones, cefala³podes menores com uma concha em forma de saca-rolhas. Os resultados sera£o publicados no Volume Especial da Associação Americana de Gea³logos de Petra³leo e da Associação Geola³gica de Wyoming - Insights sobre o Creta¡ceo: Construindo sobre o Legado de William A. Cobban (1916-2015). Embora os torticones provavelmente também preferissem o movimento vertical, sua forma causava um resultado diferente na a¡gua, diz Peterman. "Enquanto os ortocones eram mestres do movimento vertical, os torticones eram mestres da rotação."

Muitos moluscos hoje tem conchas helicoidais semelhantes, e alguns pesquisadores presumiram que os torticones podem ter tido um estilo de vida semelhante, rastejando ao longo do fundo do mar. "No entanto", diz Peterman, "os modelos hidrosta¡ticos demonstram que as conchas dos amona³ides torticone tinham a capacidade de flutuação neutra, o que os teria liberado do fundo do mar. Esses amona³ides experimentam diferentes formas de movimento possa­veis apenas em um estilo de vida de natação livre . "

Em experimentos conduzidos em um tanque de águade 50 galaµes (sem necessidade de piscina para os modelos torticone de 6 polegadas que estãodisponí­veis digitalmente aqui ), a equipe descobriu que os torticones giravam natural e eficientemente na águaapenas devido ao formato do concha, girando suavemente o rosto ao descer e girando na direção oposta ao subir. Além disso, eles descobriram que a colocação da fonte de impulso dos torticones em relação ao seu centro de massa teria melhorado a eficiência da rotação ativa.

Girar durante a descida, diz Peterman, pode ter ajudado os torticones a se alimentar, permitindo-lhes pastar em pequenos organismos plancta´nicos.

“Fiquei surpreso com a facilidade com que os torticones podiam girar”, diz Peterman. "Mesmo pequenas estocadas, como respiração [ventilação branquial], poderiam produzir rotação de 20 graus por segundo."

Ambos ortocones e torticones, por causa de sua aparaªncia repetida ao longo do registro fa³ssil, não apenas mostram que os cefala³podes encontraram alguma vantagem em uma concha reta ou helicoidal, em oposição a  sua concha enrolada em forma de na¡utilo, mas que uma concha não enrolada pode ter evolua­do com o tempo de "saturação ecola³gica", quando os nichos ecola³gicos dos cefala³podes enrolados estavam cheios.

Peterman diz que este trabalho exige uma revisão de como visualizamos o oceano antigo.

"Esses experimentos", diz ele, "transformam nossa compreensão de ecossistemas antigos. Em vez de rastejar ao longo do fundo do mar como caraca³is ou nadar rapidamente como lulas modernas, esses animais estavam assumindo estilos de vida bastante aºnicos. Esses experimentos refinam nossa compreensão desses animais pintando uma imagem de antigas paisagens mara­timas pontilhadas com cefala³podes helicoidais em pirueta e ortocones orientados verticalmente. "