O que veio primeiro, as penas ou as aves?

As penas primeiro, os cientistas confirmam definitivamente. No entanto, esta revelação não resultam de descobertas de aves antigas,mas sim, dos seus antepassados, os dinossauros.

 http://www.bioorbis.org/2014/12/penas-fosseis-evolucao-dinossauros.html
Penas de um pavão. Fonte da imagem: pixabay.

VAMOS DESCOBRIR...

Uma união da biologia evolutiva com o rápido e crescente conhecimento dos mecanismos genéticos, que controlam o crescimento e desenvolvimento, deu origem a uma nova especialidade biológica (biologia do desenvolvimento evolutivo) que é conhecida pela abreviatura em inglês, Evo-Devo


A EVOLUÇÃO DAS PENAS

O processo evolutivo das penas tem sido esclarecida pelos estudos, Evo-Devo, das ações de dois genes que são cruciais para o desenvolvimento dos membros dos vertebrados: Um gene chamado "sonic hedgehog" que produz uma proteína que induz a proliferação das células; e o gene "bone morphogenetic protein 2" que regula a proliferação celular e promove a diferenciação celular. Esses dois genes estão envolvidos no desenvolvimento das penas, e a ativação e desativação dos mesmo controla a duração e o padrão de desenvolvimento dessas estruturas (PRUM, 1999). 


 https://bio-orbis.blogspot.com/2014/12/fosseis-com-penas-de-dinossauros-podem.html
Figura 2. A plumagem desse filhote de faisão pode assemelhar-se a penugem de antigos répteis, como no fóssil à esquerda. Fonte da imagem: news.nationalgeographic.

Na perspectiva Evo-Devo, baseada na ação dos genes durante a evolução das penas, pode ser comparada com o crescente corpo de informações sobre a ocorrência de penas nos dinossauros fósseis.


EVIDÊNCIAS DA PRESENÇA DE PENAS NOS FÓSSEIS

O desenvolvimento embrionário das penas inicia-se com a formação de um placode, que é produzido quando a epiderme se espessa devido a uma condensação de células na região abaixo da derme. O mesmo processo dá início a formação de escamas, deste modo, deve ser um caráter ancestral para arcossauros emplumados.


Figura 3. Clique na imagem para ampliar. Fonte da imagem: Adaptado de POUGH, 2006; PRUM 1999, BRUSH 2000.

Entendendo a figura acima: O estágio 1 representa uma nova característica evolutiva e de desenvolvimento no momento em que o placode forma um tubo alongado que é o germe da pena. A proliferação de células ao redor da base do germe da pena cria um folículo, órgão que produz  penas nas aves atuais. No estágio 2 o folículo diferencia-se produzindo duas camadas; a externa é a bainha da pena e protege o crescimento da pena. Assim que, os genes controladores da proliferação e diferenciação são ativados, a camada interna produz uma série de estruturas separadas entre si, que serão as barbasDuas mudanças ocorrem no estágio 3: As barbas cresceram até o fim formando a raques, e ramificaram-se produzindo as bárbulas. A sequência na qual essas mudanças ocorreram não podem ser determinadas, mas a combinação dessas produziu a pena com um vexilo penáceo. No estágio 4 o desenvolvimento distal das bárbulas, com ganchos e fendas permitiu que barbas adjacentes se prendam umas as outras, produzindo um vexilo penáceo resistente. No estágio 5 adicionam-se novas propriedades funcionais à superfície do vexilo da pena dando origem a modificações de desenvolvimento adicional, tais como, a assimetria das penas de voo.

Penas fossilizadas são impressões na rocha ao redor dos ossos fósseis, assim como nos fósseis de Archaeopteryx (Figura 4). Apenas sedimentos de granulometria muito fina preservam traços de estruturas tão delicadas como as penas, e a posição dessas estruturas no corpo do animal só pode ser determinada se a carcaça estiver praticamente intacta quando foi fossilizada. Os fósseis não revelam todos os detalhes dos diversos passos da evolução das penas, que são previstas pelo modelo Evo-Devo, mais as duas propostas mostram um nível substancial de concordância. 


Figura 4. Há muito considerado o primeiro pássaro, o Archaeopteryx tem intrigado os estudiosos, desde a sua descoberta 1861Fonte da imagem: news.nationalgeographic.

Fósseis de Sinosauropteryx são rodeados por traços que muitos paleontólogos interpretam como simples filamentos, correspondentes ao estágio 1 (Figura 3) do modelo Evo-Devo, e Caudipteryx tem penas com vexilo sobre suas asas e caudas e tufos de barbas sobre o corpo. Archaeopteryx é o primeiro registro de vexilos assimétricos, e esse tipo de pena também é encontrado em formas posteriores. A especialização posterior para o voo efetivo é observada quando do aparecimento de uma álula nos Enantiornithiformes (aves primitivas).


AS ESPÉCIES FÓSSEIS COM PENAS

As descobertas começaram na década de 1990, quando uma coleção de dinossauros emplumados, conhecidos como os corredores velozes de variedade surpreendente, começaram a surgir a partir de fósseis encontrados na China. Agora, mais descobertas de dinossauros revelam quão profundas são as raízes dos dinossauros emplumados realmente são:

- O dinossauro "Bicaudal" emplumado chamado Jeholornis (Figura 5) ostentava uma frondosa e saliente cauda de penas como um ventilador, que viveu cerca de 120 milhões de anos atrás. Sem relação com aves modernas, há pontos com uma ampla diversidade de recursos de penas em dinossauros.



Figura 5. Jeholornis. Fonte da imagem: studioschouten

- O maravilhoso e preservado Archaeopteryx (Figura 6), de penas desportivas desde a sua cabeça a seus pés, em vez de apenas em suas asas e cauda como há muito se pensava. Essas penas também sugerem que o Archaeopteryx não era muito um voador, mais para um planador.

Figura 6. Archaeopteryx ostentava penas que tinham evoluído ao longo de dezenas de milhões de anosFonte da imagem: news.nationalgeographic.

- Um dinossauro corredor, Kulindadromeus (Figura 7), viveu na Sibéria cerca de 160 milhões de anos atrás, coberto por uma camada fina felpuda de penas e tufos listrados de penas. Diferentemente da maioria dos achados de penas anteriores, que pertencia a um grupo diferente do que os dinossauros terópodes, parentes do Tyrannosaurus rex e modernas aves.


 http://www.bioorbis.org/2015/01/o-pequeno-dinossauro-herbivoro-emplumado.html
Figura 7. O pequeno herbívoro emplumado (Kulindadromeus zabaikalicus). Fonte da imagem: DeviantArt.

- Os Kulindadromeus pertenciam a um grupo sem relação com as aves. Que também da adicionais suportes para a descoberta do Tianyulong (Figura 8), um dinossauro corredor de cerdas sem relação com aves ancestrais que também viviam na China na mesma época descoberto em 2009. Seus descobridores haviam sugerido que os filamentos ao longo de sua volta se assemelhava a penas, e, na época, a ideia encontrou-se com alguma controvérsia.



Figura 8. Tianyulong. Fonte da imagem: smithsonianmag.

TIPOS DE PENAS

As penas estão fixas à pele por uma base curta e tubular, o cálamo (Figura 9), que permanece firmemente implantado no folículo até que ocorra a muda. Uma longa raque afilada estende-se do cálamo e possui ramificações laterais muito próximas entre si denominadas barbas. As bárbulas são ramificações das barbas, e ramos distais e proximais das bárbulas dispõem-se nos lados opostos das barbas. As terminações das bárbulas distais têm a formas de ganchos que se prendem em fendas das bárbulas proximais da barba adjacente. Os ganchos e fendas atuam como velcro fixando barbas adjacentes ente si, formando uma pena flexível (POUGH, 2006).

Figura 9. Estrutura de uma pena. Fonte da imagem: ornithos.

As penas de contorno, que revestem o corpo, possuem muita regiões que refletem diferenças na sua estrutura: as barbas e bárbulas próximas à base da raque são flexíveis e as bárbulas não possuem ganchos. Essa porção da pena tem textura macia, solta e fofa denominada de penugem ou plumácea. Isto confere à plumagem de uma ave as propriedades de isolante térmico


Figura 10. Tipos de penas. Fonte da imagem: pinterest.

Mais distantes da base, as barbas formam uma superfície firme denominada vexilo, que possui uma textura penácea (semelhante a uma folha). Essa parte da pena é que fica exposta na superfície externa da plumagem e serve como aerofólio, que protege a penugem que fica embaixo, repele a água, reflete ou absorve a radiação solar. As bárbulas são estruturas que mantêm o caráter penáceo dos vexilos da pena. Elas são organizadas de tal modo que qualquer desarranjo físico do vexilo é facilmente corrigido pelo hábito, que as aves têm, de alisar as penas com o bico, deste modo as aves realinham as bárbulas, deslizando sobre elas seu bico levemente entreaberto (POUGH, 2006).

Referências 
BRUSH, A. H. 2000. Evolving a protofeather and feather diversity. American Zoologist 40:631-639.
PADIAN, K., et al. 2001. Feathered dinosaurs and the origin of flight. Mesozoic Vertebrate Life, D. H Tanker and K. Carpenter (Eds.), Bloomington, IN: INdiana University Press.
POUGH, F. Harvery; JANIS, Christine M; HEISER, John B. A vida dos vertebrados. Atheneu Editora São Paulo, 2006.
PRUM, R. O. 1999. Development and the evolutionary origin of feathers. Journal of Experimental Zoology 285:291-306. 

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