Uma equipe internacional de pesquisadores realizou análise molecular em penas fósseis de um pequeno dinossauro de penas do Jurássico. Suas pesquisas puderam ajudar os cientistas a identificar quando as penas desenvolveram a capacidade de vôo durante a transição dinossauro-pássaro.
Anchiornis era um dinossauro pequeno, de quatro asas e penas que viveu no que é hoje a China há cerca de 160 milhões de anos – quase 10 milhões de anos antes de Archaeopteryx, a primeira ave reconhecida. Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Geologia e Paleontologia de Nanjing, da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade da Carolina do Sul analisou as penas de Anchiornis para ver como elas se diferenciavam a nível molecular das aves fósseis mais jovens e das aves modernas.
“As penas modernas das aves são compostas principalmente de beta-queratina (β-queratina), uma proteína também encontrada na pele, garras e bicos de répteis e aves. As penas diferem dessas outras β-queratina contendo tecidos, porque a proteína das penas é modificada de forma a torná-las mais flexíveis”, diz Mary Schweitzer, professora de ciências biológicas no Estado da NC com uma nomeação conjunta no Museu de Ciências Naturais da Carolina do Norte e co-autora de um trabalho descrevendo a pesquisa.
“Em algum momento durante a evolução das penas, um dos genes da queratina β foi submetido a um evento de eliminação, tornando a proteína resultante ligeiramente menor. Esta exclusão mudou a biofísica da pena para algo mais flexível – um requisito para voar. Se pudermos identificar quando, e em quais organismos, esse evento de deleção ocorreu, teremos uma melhor compreensão de quando o vôo evoluiu durante a transição dos dinossauros para as aves”
Os pesquisadores, liderados por Yanhong Pan, um pesquisador visitante do Instituto Nanjing, examinaram penas fossilizadas de Anchiornis, usando microscopia eletrônica de alta resolução, bem como múltiplas técnicas químicas e imunológicas para determinar a composição molecular das penas. Eles fizeram o mesmo com outras penas das eras Mesozóica e Cenozóica, bem como com outros tecidos da queratina β que não se esperava que mostrassem esta supressão, comparando depois os resultados com as penas e tecidos das aves modernas.
Eles descobriram que as penas de Anchiornis eram compostas tanto de β-keratins como de alfa-keratins (α-keratins), uma proteína que todos os vertebrados terrestres possuem, incluindo os mamíferos. Isto foi surpreendente porque a α-queratina está presente apenas em pequenas quantidades nas penas modernas. Além de co-expressar ambas as proteínas da queratina, as penas de Anchiornis já tinham sofrido o evento de deleção que separa as penas de outros tecidos.
“Relógios moleculares, que os cientistas usam como referência para divergência evolutiva e genética, prevêem que a deleção, e portanto as penas de vôo funcional, evoluíram cerca de 145 milhões de anos atrás”, diz Schweitzer. “Anchiornis é milhões de anos mais velho, mas tem a forma proteica abreviada”. Este trabalho mostra que podemos utilizar dados fósseis moleculares para enraizar os relógios moleculares e melhorar a sua precisão – podemos começar a colocar o tempo nos eventos genéticos na transição dinossauro-pássaro através da ausência ou presença destas duas queratinas”. Os dados também nos dão mais informações sobre como as penas evoluíram para permitir o voo”
O trabalho aparece em Proceedings of the National Academy of Sciences. Pan é o autor principal. Wenxia Zheng e Elena Schroeter do Estado de NC e Roger Sawyer da Universidade da Carolina do Sul também contribuíram para o trabalho, que foi apoiado em parte pela National Science Foundation e a Packard Foundation.
-peake-
Nota aos editores: Segue um resumo.
“A evolução molecular das penas: Evidência direta de fósseis”
Autores: Yanhong Pan, Instituto de Geologia e Paleontologia de Nanking; Roger Sawyer, Universidade da Carolina do Sul; Wenxia Zheng, Elena Schroeter, Mary Schweitzer, Universidade Estadual da Carolina do Norte; et al
Publicado: Anais da Academia Nacional de Ciências
Abstract:
Fósseis de dinossauros com apêndices integumentais de várias morfologias, interpretados como penas, melhoraram muito a nossa compreensão da ligação evolutiva entre as aves e os dinossauros, assim como as origens das penas e das aves flight. Nas aves existentes, a expressão única e a composição de aminoácidos de proteínas em penas maduras têm demonstrado determinar as suas propriedades biomecânicas, tais como dureza, resiliência e plasticidade. Aqui, fornecemos evidências moleculares e ultra-estruturais de que as penas do dinossauro jurássico não-aviano Anchiornis eram compostas tanto de penas β-keratins como de penas αkeratins. Isto é significant porque as penas maduras nas aves existentes são dominadas por β-keratins, particularmente nos barbos e barbelas que formam o cata-vento. Nós confirm neste documento que as penas foram modified tanto a nível molecular quanto morfológico para obter as propriedades biomecânicas para flight durante a transição dinossauro-pássaro, e mostramos que os padrões e o tempo de mudança adaptativa a nível molecular podem ser abordados diretamente em fósseis excepcionalmente preservados em tempo profundo.