NOSSAS IDÉIAS SOBRE A EVOLUÇÃO DOS VERTEBRADOS FORAM DESAFIADAS POR UMA NOVA ÁRVORE DA VIDA.

Os placodermos eram um grupo diverso de peixes blindados antigos e é amplamente acreditado que eles sejam os ancestrais de praticamente todos os vertebrados vivos hoje, incluindo os seres humanos.

A armadura dos 380 milhões de anos de idade placoderm peixes Mcnamaraspis kaprios. Crédito: John Long, Autor fornecido

A armadura dos 380 milhões de anos de idade do peixe placoderme Mcnamaraspis kaprios. Crédito: John Long, Autor fornecido

Os placodermes dominaram os ambientes aquáticos por 70 milhões de anos até que, de repente, foram extintos há 360 milhões de anos, abrindo caminho para peixes modernos (osteichthyes) e tubarões e raias (chondrichthyes).

Os primeiros vertebrados eram peixes sem mandíbula, e os placodermes estavam entre os primeiros peixes a evoluir mandíbulas, um avanço adaptativo que contribuiu para seu rápido sucesso.

Vários estudos têm argumentado fortemente que os placodermes são os antepassados diretos de todos os outros vertebrados de mandíbula, um ramo enorme da árvore da vida que inclui mamíferos, pássaros, répteis, anfíbios e a maioria dos peixes.

Mas a nossa nova pesquisa, publicada na Systematic Biology, levanta a possibilidade de que os placodermes poderiam ser apenas um beco evolutivo bizarro sem saída.

Somos todos peixes blindados?

Se todos os vertebrados com mandíbulas, incluindo os seres humanos, não são nada mais do que placodermos altamente evoluídos, então características-chave de nós mesmos devem ser rastreáveis a estruturas que apareceu pela primeira vez em nossos antepassados placodermos. Isso incluiria especialmente a mandíbula, ossos do crânio e as proporções de nosso rosto e cérebro.

Mas a nossa nova árvore evolutiva desafia a ideia de que os placodermes deram origem a todos os outros vertebrados com mandíbulas.

Estudos anteriores apoiaram a hipótese à esquerda, onde placodermos são os antepassados dos vertebrados mandíbulas. Nosso estudo apóia a hipótese à direita, onde os placodermos são, em vez disso, um ramo lateral distinto. Crédito: Benedict King e Brian Choo, Universidade Flinders

Estudos anteriores apoiaram a hipótese à esquerda, onde placodermos são os antepassados dos vertebrados mandíbulas. Nosso estudo apóia a hipótese à direita, onde os placodermos são, em vez disso, um ramo lateral distinto. Crédito: Benedict King e Brian Choo, Universidade Flinders

Em vez disso, sugerimos que eles são um ramo lateral na evolução dos vertebrados – diverso e bem sucedido em seus dias, mas finalmente todos destinados à extinção. Se correta, esta árvore alternativa exigiria um re-pensar radical de muitos aspectos da evolução dos vertebrados.

Árvores evolutivas (retratando relações genealógicas entre espécies) são de grande interesse para os cientistas porque revelam muito sobre o processo de evolução. Por exemplo, elas podem nos dizer como os humanos evoluíram a partir dos grandes primatas, ou como o HIV se espalhou pelo mundo.

Fazer essas árvores para animais extintos é notoriamente difícil. O DNA só é recuperável dos fósseis mais recentes, de modo que os paleontólogos normalmente dependem de características esqueléticas preservadas em fósseis para inferir essas relações. Basicamente, as espécies com muitos traços em comum são provavelmente parentes próximos.

Tais estudos são confundidos frequentemente pela natureza fragmentária do registro fóssil.

Outro problema ocorre quando tenta-se estabelecer relações entre os placodermes, os peixes sem mandíbula e outros vertebrados precoces. Muitos desses grupos são tão diferentes entre si que as comparações anatômicas são difíceis.

Imagine tentar identificar e comparar partes equivalentes de anatomia compartilhada entre uma ostra, um besouro e uma baleia azul. Esse é essencialmente o problema que enfrentamos com os primeiros fósseis de vertebrados.

Uma nova abordagem para inferir genealogias

Usamos um novo modelo sofisticado para a produção de genealogias, que não apenas olha para as características anatômicas, mas também considera outras fontes de informação, como as idades geológicas dos fósseis e a evolução que sofreram.

O placoderm icônico Dunkleosteus. Crédito: John Long, Flinders University

O placoderme icônico Dunkleosteus. Crédito: John Long, Flinders University

Os fósseis primitivos muito antigos são susceptíveis de se sentar em ramos baixos da árvore, enquanto que os fósseis jovens, altamente evoluídos são prováveis a assentar-se nos galhos perto da coroa.

Nós teorizamos que este método poderia ser melhor do que olhar para a anatomia sozinha, devido às dificuldades em comparar vertebrados sem-mandíbulas com os com mandíbulas.

Quando fizemos a análise, ela produziu um resultado completamente diferente de outros estudos recentes. Placodermos, em vez de ser o estoque primitivo de que todos os outros vertebrados mandíbulados foram descendentes, eram em vez disso um ramo lateral distinto que não deixou herdeiros vivos.

Esta nova árvore força re-pensar alguns eventos importantes na evolução dos vertebrados. Por exemplo, os placodermes copulam, possuindo genitais ósseos externos bizarros para a fertilização interna, enquanto outros vertebrados de maxila antigos parecem fazer desova, como o salmão.

Se os placodermes eram ancestrais de outros vertebrados com mandíbulas, então a reprodução do estilo placoderme deve ter surgido primeiro, dando lugar posteriormente a desovas em salmão.

Mas se placodermos são um ramo lateral especializado, o cenário inverte. A desova era primitiva e a incomum biologia reprodutiva dos placodermos tornou-se uma das especializações deste beco evolutivo sem saída.

Para a maioria dos biólogos, a última interpretação faz muito mais sentido.

Nossa árvore também sugere um cenário mais complexo para a evolução da face vertebrada moderna. Além disso, os ossos mandibulares dos placodermes não podem mais ser considerados primitivos. Na verdade, nossos próprios maxilares podem ser, em alguns aspectos, mais primitivos do que os maxilares especializados de um placoderme.

Este gráfico mostra quão rapidamente a morfologia dos vertebrados estava mudando durante diferentes períodos de tempo. A linha vermelha é a taxa média, as linhas cinzentas mostram incerteza. Os primeiros fósseis de vertebrados de mandíbula, como Entelognathus, vêm formar um período de evolução excepcionalmente rápida. Crédito: Benedict King e Brian Choo, Universidade Flinders

Este gráfico mostra quão rapidamente a morfologia dos vertebrados estava mudando durante diferentes períodos de tempo. A linha vermelha é a taxa média, as linhas cinzentas mostram a incerteza. Os primeiros fósseis de vertebrados de mandíbula, como Entelognathus, vêm formar um período de evolução excepcionalmente rápida. Crédito: Benedict King e Brian Choo, Universidade Flinders

Assim como nossos antepassados de peixe pareciam?

Então, se placodermos não eram nossos antepassados, o que eram? Nosso estudo sugere que nenhum grupo particular de vertebrados de mandíbula conhecidos é ancestral aos outros.

Em vez disso, o verdadeiro antepassado de vertebrados com mandíbulas provavelmente combinava características de osteichthyes (peixes ósseos), chondrichthyes (tubarões e raias) e placodermes da mesma forma que o ancestral comum de humanos e chimpanzés não era humano nem chimpanzé, mas um precursor único de ambos.

Os novos modelos que empregamos também revelaram que os vertebrados de mandíbula provavelmente sofreram um período de rápida evolução, mesmo antes de aparecerem pela primeira vez no registro fóssil, cerca de 424 milhões de anos atrás. Descobertas fósseis deste período-chave desconhecido são necessárias para desvendar os mistérios da origem dos vertebrados com mandíbula.

Um fantástico progresso já está sendo feito com novas descobertas fósseis da China, que estão entre os mais antigos vertebrados de mandíbula conhecidos. Esses fósseis combinam características de placodermes e osteichthyes, e podem ser a nossa maior pista do que os ancestrais de vertebrados mandíbula pareciam.

Nosso trabalho é susceptível de dividir a opinião, como os métodos utilizados ainda estão em sua infância e ainda a são amplamente adotado pelos paleontólogos. O debate continuará sem dúvida para o futuro.

Mas o que todos concordam é que o estudo dos primeiros fósseis de vertebrados, como placodermos, é vital para desvendar a evolução da maravilhosa diversidade de peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos que hoje povoam nosso planeta.

Fonte: Earth Archives

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