Dos dinossauros às aves: as origens da formação das penas

Cientistas revelam o papel fundamental de genes específicos no desenvolvimento das penas, fornecendo insights sobre sua evolução desde os dinossauros

Por Universidade de Genebra com informações de Science Daily.

Penas, essenciais para termorregulação, voo e comunicação em pássaros, se originam de apêndices simples conhecidos como protopenas, que estavam presentes em certos dinossauros. Ao estudar o desenvolvimento embrionário da galinha, dois pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE) descobriram um papel fundamental de uma via de sinalização molecular (a via Shh) em sua formação. Esta pesquisa, publicada no periódico PLOS Biology , fornece novos insights sobre os mecanismos morfogenéticos que levaram à diversificação das penas ao longo da evolução.

As penas estão entre os apêndices cutâneos mais complexos do reino animal. Embora sua origem evolutiva tenha sido amplamente debatida, descobertas paleontológicas e estudos de biologia do desenvolvimento sugerem que as penas evoluíram de estruturas simples conhecidas como protopenas. Essas estruturas primitivas, compostas de um único filamento tubular, surgiram há cerca de 200 milhões de anos em certos dinossauros. Os paleontólogos continuam a discutir a possibilidade de sua presença ainda mais antiga no ancestral comum dos dinossauros e pterossauros (os primeiros vertebrados voadores com asas membranosas) há cerca de 240 milhões de anos.

Proto-penas são filamentos simples e cilíndricos. Elas diferem das penas modernas pela ausência de farpas e bárbulas, e pela falta de um folículo — uma invaginação em sua base. O surgimento das proto-penas provavelmente marcou o primeiro passo fundamental na evolução das penas, inicialmente fornecendo isolamento térmico e ornamentação antes de serem progressivamente modificadas sob seleção natural para dar origem às estruturas mais complexas que permitiram o voo.

O laboratório de Michel Milinkovitch, professor do Departamento de Genética e Evolução da Faculdade de Ciências da UNIGE, estuda o papel das vias de sinalização molecular (sistemas de comunicação que transmitem mensagens dentro e entre células), como a via Sonic Hedgehog (Shh), no desenvolvimento embrionário de escamas, pelos e penas em vertebrados modernos. Em um estudo anterior, os cientistas suíços estimularam a via Shh injetando uma molécula ativadora nos vasos sanguíneos de embriões de galinha e observaram a transformação completa e permanente de escamas em penas nos pés da ave.

Recriando as primeiras proto-penas de dinossauro

”Como a via Shh desempenha um papel crucial no desenvolvimento das penas, queríamos observar o que acontece quando ela é inibida”, explica Rory Cooper, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Michel Milinkovitch e coautor do estudo. Ao injetar uma molécula que bloqueia a via de sinalização Shh no 9º dia de desenvolvimento embrionário — logo antes dos brotos das penas aparecerem nas asas — os dois pesquisadores observaram a formação de brotos não ramificados e não invaginados, assemelhando-se aos supostos estágios iniciais das protopenas.

Entretanto, a partir do 14º dia de desenvolvimento embrionário, a morfogênese das penas se recuperou parcialmente. Além disso, embora os filhotes tenham eclodido com manchas de pele nua, folículos subcutâneos dormentes foram reativados autonomamente, eventualmente produzindo galinhas com plumagem normal.

”Nossos experimentos mostram que, embora uma perturbação transitória no desenvolvimento das escamas dos pés possa transformá-las permanentemente em penas, é muito mais difícil interromper permanentemente o desenvolvimento das penas em si”, conclui Michel Milinkovitch. ”Claramente, ao longo da evolução, a rede de genes que interagem se tornou extremamente robusta, garantindo o desenvolvimento adequado das penas, mesmo sob perturbações genéticas ou ambientais substanciais. O grande desafio agora é entender como as interações genéticas evoluem para permitir o surgimento de novidades morfológicas, como as protopenas.”

Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Université de Genève . Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.

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• Botões de penas

Referência do periódico :
Rory L. Cooper, Michel C. Milinkovitch. In vivo sonic hedgehog pathway antagonism temporarily results in ancestral proto-feather-like structures in the chicken. PLOS Biology, 2025; 23 (3): e3003061 DOI: 10.1371/journal.pbio.3003061