Resumo:
Durante muito tempo, a comunidade paleontológica acreditou geralmente que os primeiros tetrápodes separavam as suas cabeças dos ombros e evoluíram pescoços independentes para permitir que as suas cabeças rodassem mais livremente, forrageando assim de forma mais eficaz e evitando predadores na água ou em terra. No entanto, um novo estudo desafia esta hipótese que tem sido popular há décadas: os primeiros pescoços eram, na verdade, bastante rígidos, dando à cabeça um espaço de movimento muito limitado.
Nos peixes, as tiras são presas diretamente ao crânio, de modo que o peixe só pode virar o corpo inteiro se quiser olhar para a esquerda ou para a direita. Cerca de 380 milhões de anos atrás, alguns animais que estavam em transição da água para a terra começaram a desenvolver pescoços separados de seus corpos. Mas novas pesquisas mostram que esta mudança estrutural não deu muita liberdade de movimento às suas cabeças. O estudo combinou novas evidências fósseis com modelos de testes mecânicos em peixes vivos, mostrando que estes primeiros pescoços permaneciam rígidos. Este estudo internacional foi conduzido por Tom Stewart, professor assistente de biologia na Universidade Estadual da Pensilvânia, e os resultados foram publicados na revista Nature em 14 de outubro.
O período Devoniano ocorre há cerca de 420 milhões a 360 milhões de anos. Os fósseis desse período registram muitos animais que possuem tanto características aquáticas quanto características relacionadas à vida terrestre. Alguns deles tinham barbatanas grossas que podem ter sido fortes o suficiente para suportar o peso do corpo, permitindo-lhes sustentar-se em águas rasas ou impulsionar-se ao longo do fundo; ao mesmo tempo, pescoços claramente diferenciados também começaram a aparecer nesses peixes de transição.
Stewart disse que este é um período muito interessante na história da Terra, quando as primeiras florestas estão se formando e a Terra está passando por uma reorganização dramática. Compreender exatamente quando e como a nossa linhagem fez a transição da água para a terra, e quais os sistemas anatómicos que mudaram, é uma parte importante desta história. Curiosamente, muitas das mudanças que ocorreram nos ossos há cerca de 380 milhões de anos ainda hoje se refletem nos nossos próprios corpos.
Este tipo de peixe de transição inclui o Tiktaalik, cujos fósseis foram encontrados na Ilha Ellesmere, no Círculo Polar Ártico, em Nunavut, Canadá. Stewart disse que este lote de material é importante porque o Tiktaalik é um dos parentes mais próximos dos vertebrados com membros e nos ajuda a reconstruir muitas das etapas intermediárias na transição para a vida na terra, como a mudança de sugar água para morder em terra, e de nadar para caminhar.
Para os ancestrais dos tetrápodes (vertebrados com quatro membros), a capacidade de olhar para baixo ou para os lados pode tê-los ajudado a encontrar comida e a evitar predadores em águas rasas ou em terra. Os cientistas, portanto, raciocinaram que o movimento independente da cabeça poderia ser de maior valor em tal ambiente do que em águas profundas. Stewart disse que o Tiktaalik foi descrito pela primeira vez em 2006, e durante décadas foi razoavelmente assumido que esta separação da cabeça e dos ombros deve ter permitido que a cabeça se movesse mais livremente. Portanto, a hipótese de que “a mobilidade do pescoço é a força motriz evolutiva para esta mudança na estrutura corporal dos tetrápodes” tem sido dominante, pelo menos até agora.
Para testar esta explicação, é necessário reconstruir uma coluna vertebral que seja diferente da maioria dos vertebrados atuais. Os primeiros tetrápodes e seus parentes tinham um tecido semelhante a um bastão chamado notocorda, que percorria toda a extensão de sua coluna; suas vértebras eram muito pequenas, dispostas em torno dessa massa gigante de tecido mole, e seu comportamento mecânico era muito diferente das articulações entre as vértebras dos animais modernos. Stewart explica que as espinhas dos peixes que passam por essas mudanças são feitas principalmente de tecidos moles, que não são tão facilmente preservados em fósseis como os ossos. Nesse caso, os animais modernos podem ser usados como referência ao passado, assim como os pássaros vivos nos ajudam a entender os dinossauros extintos.
Espinhos construídos em torno de uma notocorda são raros hoje em dia, mas já foram comuns ao longo da história da vida. O esturjão, um peixe de parentesco distante, às vezes chamado de “fóssil vivo” devido às suas características originais, ainda mantém esta espinha, tornando-o um objeto útil para o estudo de propriedades mecânicas ausentes no fóssil. “Queremos entender como viviam esses primeiros animais de quatro patas e como isso se refletiu nas mudanças em seus corpos”, disse Stewart. É muito difícil reconstruir onde vive um animal, como se move e qual é o seu comportamento. O que torna este estudo digno de nota é que ele combina dados fósseis com estudos de animais vivos para reconstruir o que as mudanças anatômicas que vemos significam para o seu comportamento de uma perspectiva mecânica e funcional.
Os investigadores mediram a rigidez da notocorda dos esturjões modernos e depois aplicaram estas propriedades do material a modelos de pescoço dos primeiros tetrápodes e parentes de transição, como o Tiktaalik, para testar se a separação dos ombros do crânio permitiria realmente que a cabeça se movesse livremente, dada a estrutura espinhal existente. Dana Konessel, primeira autora do artigo e pesquisadora de pós-doutorado na Universidade de Uppsala, na Suécia, disse que conduziu este estudo para descobrir quanto impacto essa mudança anatômica teve nesses animais. A estrutura da coluna vertebral dos esturjões é semelhante à dos primeiros tetrápodes, mas não parece ser particularmente rígida, por isso ela ficou surpresa ao descobrir que quase todos esses animais carecem de mobilidade significativa da cabeça após a modelagem.
Essas estimativas levam em consideração apenas a própria coluna vertebral. Músculos, pele e ossos embutidos na pele de muitos desses animais podem restringir ainda mais os movimentos, o que significa que a amplitude de movimento do pescoço de um animal real pode ser menor do que o modelo sugere. Esses animais não levantam a cabeça mais do que os níveis dos peixes, e às vezes menos, e o tipo de torção de cabeça que podemos fazer quando balançamos a cabeça não é possível nesses animais, disse Konessel.
Como a cabeça ganhou pouco espaço para movimentos adicionais, os pesquisadores sugerem que o surgimento de um pescoço independente é mais provavelmente o resultado de mudanças anatômicas associadas à locomoção com os membros anteriores, com maior flexibilidade mais um benefício posterior do que uma vantagem que inicialmente levou à separação da cabeça e dos ombros. "Sabemos que os tetrápodes acabaram por adquirir maior mobilidade do pescoço, o que foi claramente vantajoso, mas os primeiros tetrápodes não foram capazes de desfrutar desta vantagem devido a restrições anatómicas", disse Konessel.
O artigo é intitulado "Modelando a mobilidade do pescoço nos primeiros tetrápodes usando analogias existentes" e os autores incluem Dana E. Cornesel, Cassandra M. Donatelli, Han Linfang, Thomas A. Stewart, Andrew L. Traynor, Benjamin K. A. Otto, Marcos Martinez, Tetsuo Miyashita, Emily M. Standen e Hilary C. Martin. A pesquisa foi apoiada pelo Prêmio Steven Cohen de Pesquisa Estudantil da Sociedade de Paleontologia de Vertebrados e financiamento do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá.
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