Biologia

O que veio primeiro a pena ou as aves?

Uma ave é comumente definida como um vertebrado que possui o corpo recoberto por penas, uma característica comum a todas as espécies de aves. Mas as aves não são o único grupo de animais que possuem penas, pelo menos nem sempre foi assim. No final do século XIX, um fóssil intrigante foi descoberto na Alemanha, em sedimentos datados em 150 milhões de anos. Tratava-se de um animal com características típicas das aves, inclusive a presença de penas, mas com algumas características, como a forma do crânio, dentes na mandíbula e uma longa cauda típica de répteis bípedes extintos, os dinossauros terápodes (exemplos, os Tyrannossaurus rex e o Velociraptor). O fóssil foi identificado como uma ave primitiva e chamado de Archaeopteryx lithographica.

Figura: Imagem do Archaeopteryx lithographica, uma ave primitiva com muitas características semelhantes aos répteis terapodes.

Figura: As imagens representam concepções dos répteis terápodes.

Esta descoberta levantou uma questão. Será que os dinossauros possuíam penas? Quase 100 anos depois da descoberta do Archaeopteryx, vários fósseis de espécimes de dinossauros bípedes, muito mais antigos foram descobertos e a presença de penas foi detectada. Portanto a resposta a questão inicial deste artigo seria que as penas surgiram primeiro que as aves, pois foram herdados de um grupo ancestral, os répteis terápodes.

Qual a função das penas nos dinossauros?

Nas aves as penas são uma adaptação importante ao vôo. São estruturas aerodinâmicas, capazes de sustentar, estabilizar e direcionar o vôo. Mas nos dinossauros plumosos, ou seja, dinossauros com penas, qual seria a função das penas? A análise dos fósseis de vários dinossauros plumosos revelou que a maioria não possuía uma estrutura corporal adaptada ao vôo. Apesar da importância das penas relacionada à habilidade de voar das aves, sabe-se que as penas possuem outras funções. As penas podem funcionar como ornamentos de atração sexual, como ocorre com as grandes e coloridas penas do pavão. Nas aves as penas também auxiliam da manutenção da temperatura corporal, pois são capazes de manter uma camada de ar entre a superfície das penas e da pele, agindo como um isolante térmico contribuindo para a homeotermia das aves. A análise de fósseis encontrados em rochas e em âmbar, um tipo de resina fossilizada, mostraram que as penas dos dinossauros eram coloridas, como nas atuais aves. Em alguns fósseis de dinossauros plumosos foi detectada sobre todo o corpo, penas de contorno, semelhante às existentes nas aves atuais, que auxiliam da manutenção da temperatura corporal. Em alguns dinossauros fósseis existiam grandes penas na cauda, patas e asas, semelhantes às encontradas na cauda e asas das aves atuais. Na maioria dos dinossauros plumosos descobertos na forma fóssil a presença destas grandes penas da cauda foi associada à atração sexual, como ocorre no pavão. Alguns estudos defendem que as grandes penas da cauda e asas auxiliariam na manutenção da postura bípede sob condições de corrida, como ocorre em filhotes de aves que ainda não adquiriam a capacidade do vôo. Alguns estudos defendem que em algumas espécies de dinossauros plumosos as penas permitiriam um tipo de locomoção alternativa ao andar bípede, um “vôo primitivo”, uma espécie de planar, que ampliaria a distância percorrida em saltos de uma árvore para outra ou de um ponto mais alto para um mais baixo.

Figura: Concepção de dinossauros terápode com penas de nas asas, talvez utilizadas como ornamentos de atração sexual e as do resto do corpo para auxiliar na manutenção da temperatura.

Figura: Concepção de um réptil terápode com grandes penas nas quatro patas, provavelmente utilizadas para saltar e planar.

Qual a origem das penas?

Durante muito tempo cientistas especularam que as penas seriam o resultado da modificação de escamas dos répteis. Segundo esta hipótese, as penas foram formadas a partir de escama que cresciam a partir da pele, de forma mais inclinada, que tiveram suas bordas recordadas, formando as ramificações típicas das penas modernas. Porém, esta hipótese nunca foi confirmada no registro fóssil. A análise de dezenas fósseis de dinossauros plumosos mostrou que as penas não são escamas modificadas, mas sim são estruturas dérmicas homólogas as escamas, pois possuem a mesma origem, mas que evoluíram de forma diferenciada. O estudo do desenvolvimento das penas nas aves modernas pode dar dicas importantes de como ocorreu à evolução das penas. As penas são formadas a partir de botões germinativos formados por células chamadas de queratócitos que secretam um cilindro oco, chamado bainha. No interior da bainha, forma-se um eixo central, chamado raque. No interior da bainha, a raque pode desenvolver protuberâncias laterais, que dão origem a ramificações da raque, as barbas. Na maioria das penas as barbas desenvolvem ramificações chamadas bárbulas. As bárbulas formam ramificações na forma de ganchos que mantém as bárbulas unidas. Esta complexa estrutura se forma enrolada dentro da bainha, até que ela se rompa e a pena se desenrole adquirindo a sua forma típica.

Figura: Desenvolvimento das penas nas aves modernas.

Figura: Estrutura de uma pena de uma ave.

O estudo de fósseis de diferentes épocas mostrou que os dinossauros plumosos mais antigos possuíam penas primitivas formadas somente por um eixo central (raque), provavelmente, pigmentadas com função de atração sexual. Fósseis um pouco mais recentes tinham penas com o eixo central (raque) ramificado (barbas), como a plumas do corpo das aves. Fósseis mais recentes tinham além do eixo central (raque) e das ramificações (barbas), ramificações laterais com ganchos (bárbulas).

Figura: Tipos de penas encontradas em diferentes fósseis de répteis terápodes.

Estes estudos mostram que as penas complexas das aves foram herdadas dos répteis tetrápodes e trata-se de um excelente exemplo de como a evolução pode ocorrer em etapas graduais.

Referências: 1 e 2.

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