Rita Stella, Jornal da USP

Desenvolvimento embrionário de aves e répteis atuais sugere que a fúrcula resulta da união das clavículas com a interclavícula; hipótese ajuda a compreender a evolução do esqueleto dos dinossauros

Fúrcula, o “osso da sorte” das aves, começa a ter origem desvendada por pesquisa com embriões do Laboratório de Evolução Integrativa da FFCLRP da USP (foto: Petko Yotov — CC BY-SA 3.0)

Quem já participou da disputa pelo osso da sorte depois de um almoço de domingo talvez não imaginasse que o pequeno “V” escondia um mistério evolutivo. A origem da fúrcula, nome científico da estrutura localizada no peito das aves, permanecia controversa. Mas um estudo internacional com a participação da USP, publicado recentemente na revista Science Advances, revela que ela pode ter se formado a partir da união das clavículas com a interclavícula.

Principal autor da pesquisa, Sebastián Jimenéz-Villalón era aluno da Universidade do Chile quando realizou um doutorado-sanduíche, por meio do programa Move la America, da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), no Laboratório de Evolução Integrativa (LEBI-USP) da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP. Sob a orientação da professora Tiana Kohlsdorf, coordenadora do LEBI, o pesquisador teve à disposição séries de embriões de diferentes grupos de répteis, materiais importantes para a descoberta sobre a fúrcula.

Jimenéz-Villalón conta que as aves e os répteis que conhecemos atualmente têm um ancestral comum: os dinossauros terópodes, que já possuíam fúrcula. O que faltava era “esclarecer se ela era homóloga às clavículas que nós, humanos, também temos, à interclavícula presente nos répteis ou a ambas as estruturas”. Nos humanos, as clavículas são os ossos dos ombros, enquanto a interclavícula é o osso central no peito da maioria dos répteis, como lagartos e jacarés.

Para explicar o que os cientistas chamam de homologia quando estudam esqueletos, Jimenéz-Villalón fala da correspondência entre os ossos do braço humano e os da asa de uma ave. Segundo o pesquisador, essa correspondência não é tão fácil de estabelecer no caso de ossos que têm uma história evolutiva mais complexa, como a fúrcula.

Assim, os pesquisadores decidiram acompanhar a formação dos ossos em embriões de diferentes espécies atuais de aves e répteis, observando desde os primeiros agrupamentos de células que dariam origem ao esqueleto até o início da formação do tecido ósseo. A principal evidência de que a fúrcula tem origem composta — nas duas estruturas, clavícula e interclavícula — foi encontrada em uma espécie de ave sul-americana, a Nothoprocta perdicaria, conhecida como inhambu no Brasil.

Hipótese confirmada pelo estudo é a de que o ossinho em “V” das aves deriva da união das clavículas (ossos dos ombros nos humanos) com a interclavícula (osso central do peito dos répteis) – imagem cedida pelos pesquisadores

Nessa espécie de inhambu, os pesquisadores identificaram três elementos embrionários inicialmente separados: dois nas laterais, correspondentes às clavículas, e um na região central do peito, correspondente à interclavícula. Durante o desenvolvimento embrionário, os três elementos se unem rapidamente e formam uma única estrutura contínua.

“No frango (Gallus), por outro lado, observamos apenas os dois elementos laterais”, continua Jimenéz-Villalón, acrescentando que uma possível explicação é que o componente central tenha sido perdido ao longo da evolução dessa linhagem de aves. Em conjunto, os resultados obtidos com os embriões do frango e do inhambu “sustentam uma origem composta da fúrcula, na qual participaram tanto as clavículas quanto a interclavícula”.

Ao indicar que a fúrcula pode reunir estruturas de origens distintas, o estudo “amplia a compreensão sobre como mudanças no desenvolvimento embrionário contribuem para a diversidade anatômica dos animais”, argumenta Jimenéz-Villalón. Ele acrescenta que o trabalho também reforça como o estudo de espécies atuais pode ajudar a reconstruir a história evolutiva de grupos que surgiram há milhões de anos.

Professora da FFCLRP, Tiana Kohlsdorf é coordenadora do LEBI-USP (foto: arquivo pessoal)

Embriões atuais ajudam a investigar a evolução dos dinossauros

A pesquisa combina conhecimentos sobre evolução — baseada, inclusive, no registro fóssil — com o estudo do desenvolvimento embrionário, abordagem conhecida como Paleo-Evo-Devo. Segundo a professora Tiana, a proposta foi investigar como determinadas estruturas surgiram ao longo da história evolutiva, por meio da comparação entre o desenvolvimento de espécies atuais e as informações disponíveis sobre seus ancestrais.

No caso da fúrcula, os fósseis permitem reconhecer a presença dessa estrutura nos dinossauros terópodes, mas dificilmente revelam as etapas iniciais de sua formação. Isso porque o desenvolvimento embrionário do esqueleto começa antes da mineralização dos ossos, o que dificulta a preservação dessas fases no registro fóssil.

Por isso, os pesquisadores recorreram a embriões de espécies atuais. Como as relações evolutivas entre esses animais são conhecidas, a comparação entre seus processos de desenvolvimento permite formular hipóteses sobre a origem de estruturas presentes em espécies extintas. Jimenéz-Villalón afirma que já era sabido que “os ancestrais dos dinossauros tinham clavículas e interclavícula e que, posteriormente, nos dinossauros terópodes, que incluem as aves, aparece a fúrcula”. Esse conhecimento justifica a investigação sobre se a estrutura se originou de um desses ossos ou da união de ambos.

Quanto à escolha da espécie Nothoprocta perdicaria, o pesquisador informa que ela foi importante para a investigação por integrar um grupo menos estudado, mas particularmente relevante para investigar características de um ancestral comum das aves. As aves são divididas em dois grandes grupos evolutivos: as paleognatas e as neognatas. A maioria das espécies pertence ao segundo grupo. Entre as paleognatas estão aves não voadoras, como avestruzes e emas, além dos inhambus, grupo que forneceu “uma evidência relevante para a hipótese de origem composta da fúrcula”, conclui o pesquisador.

Da redução dos membros anteriores às asas

Sebastian Jiménez-Villalón (abaixo, observando o vidro com embriões) e seu colega da Universidad de Chile, Alexander Vargas (ao microscópio) – foto: arquivo pessoal

Os resultados também permitem levantar hipóteses sobre as condições em que a fúrcula surgiu ao longo da evolução. Segundo os pesquisadores, a fusão das clavículas com a interclavícula pode ter ocorrido em associação com a redução dos membros anteriores dos primeiros dinossauros terópodes.

Em alguns animais, a redução de estruturas corporais pode estar relacionada a mudanças na organização do esqueleto, incluindo a fusão de ossos. Nesse cenário, a fúrcula teria surgido em um período de redução dos membros anteriores. Mais tarde, ao longo da evolução dos dinossauros terópodes, esses membros voltaram a se alongar e deram origem às asas das aves. Esse processo também foi acompanhado pelo aumento da fúrcula, que se tornou uma estrutura característica desse grupo.

A pesquisa foi realizada em colaboração entre a USP e a Universidad de Chile, com a participação de pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) da França. Além da infraestrutura do LEBI-USP, os experimentos contaram com parte do material proveniente da Coleção Herpetológica de Ribeirão Preto, também vinculada à USP. O trabalho recebeu ainda apoio de um Projeto Temático da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), associado ao programa Biota e coordenado pela professora Tiana Kohlsdorf.

Mais informações: e-mail tiana@usp.br , com Tiana Kohlsdorf; e-mail sebastian.jimenez@ug.uchile.cl, com Sebastian Jiménez-Villalón

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