Biólogos evolucionistas relatam que combinaram tomografias PET de pombos modernos com estudos de fósseis de dinossauros para ajudar a responder a uma questão persistente na biologia: como é que os cérebros das aves evoluíram para lhes permitir voar?
Um pássaro – foto ilustrativa. Crédito da imagem: P (Licença gratuita do Pixabay)
A resposta parece ser um aumento adaptativo no tamanho do cerebelo em alguns vertebrados fósseis. O cerebelo é uma região na parte posterior do cérebro das aves responsável pelo movimento e controle motor.
Os resultados da pesquisa são publicados na revista Proceedings of the Royal Society B.
“Descobrimos que quando as aves fazem a transição do repouso para o voo, os circuitos do cerebelo são ativados mais do que em qualquer outra parte do cérebro”, disse o coautor do estudo. Paulo Gignac, professor associado da Universidade do Arizona Faculdade de Medicina - Tucson, estudando neuroanatomia e evolução. Ele também é pesquisador associado do Museu Americano de História Natural.
“Observamos então o crânio correspondente a esta região em fósseis de dinossauros e pássaros para rastrear quando o cerebelo aumentou”, disse Gignac. “O primeiro pulso de expansão ocorreu antes dos dinossauros levantarem vôo, o que mostra que o voo das aves usa relés neurais antigos e bem conservados, mas com níveis de atividade excepcionalmente elevados.”
Os cientistas há muito pensavam que o cerebelo deveria ser importante no voo dos pássaros, mas faltavam evidências diretas. Para identificar o seu valor, a nova investigação combinou dados modernos de imagens PET de pombos comuns com o registo fóssil, examinando regiões cerebrais de aves durante o voo e caixas cranianas de dinossauros antigos. PET scans mostram como os órgãos e tecidos estão funcionando.
“O voo motorizado entre vertebrados é um evento raro na história evolutiva”, disse a autora principal Amy Balanoff, da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins.
Na verdade, apenas três grupos de vertebrados, ou animais com coluna vertebral, evoluíram para voar: os extintos pterossauros – os terrores do céu durante o período Mesozóico, que terminou há mais de 65 milhões de anos – morcegos e aves, disse Balanoff. Os três grupos voadores não estão intimamente relacionados na árvore evolutiva, e os factores-chave que permitiram o voo em todos os três permaneceram obscuros.
Além das adaptações físicas externas para o voo, como membros superiores longos, certos tipos de penas, um corpo aerodinâmico e outras características, a equipe desenvolveu pesquisas para encontrar características que criassem um cérebro pronto para voar.
Para fazer isso, a equipe incluiu engenheiros biomédicos da Universidade Stony Brook, em Nova York, para comparar a atividade cerebral dos pombos modernos antes e depois do voo.
Os pesquisadores realizaram PET scans para comparar a atividade em 26 regiões do cérebro quando a ave estava em repouso e imediatamente após voar por 10 minutos de um poleiro para outro. Eles examinaram oito aves em dias diferentes. Os exames PET usam um composto semelhante à glicose que pode ser rastreado até onde é mais absorvido pelas células cerebrais, indicando aumento do uso de energia e, portanto, de atividade. O rastreador se degrada e é excretado do corpo em um ou dois dias.
Das 26 regiões, uma área – o cerebelo – teve aumentos estatisticamente significativos nos níveis de atividade entre o repouso e o voo em todas as oito aves. No geral, o nível de aumento de atividade no cerebelo diferiu significativamente, em comparação com outras áreas do cérebro.
Os pesquisadores também detectaram aumento da atividade cerebral nas chamadas vias de fluxo óptico, uma rede de células cerebrais que conecta a retina do olho ao cerebelo. Essas vias processam o movimento através do campo visual.
Balanoff disse que as descobertas da equipe sobre o aumento da atividade no cerebelo e nas vias de fluxo óptico não foram necessariamente surpreendentes, uma vez que se supôs que as áreas desempenham um papel no voo.
O que havia de novo na sua investigação foi ligar as descobertas no cerebelo de cérebros habilitados para voar em aves modernas ao registo fóssil que mostrava como os cérebros de dinossauros semelhantes a aves começaram a desenvolver condições cerebrais para o voo motorizado.
Para isso, a equipe utilizou um banco de dados digitalizado de endocasts, ou moldes do espaço interno dos crânios de dinossauros, que, quando preenchidos, lembram o cérebro.
Eles então identificaram e rastrearam um aumento considerável no volume do cerebelo em algumas das primeiras espécies de dinossauros maniraptoranos, que precederam as primeiras aparições de voo motorizado entre antigos parentes de aves, incluindo Archaeopteryx, um dinossauro alado.
Os pesquisadores liderados por Balanoff também encontraram evidências nos endocasts de um aumento no dobramento dos tecidos no cerebelo dos primeiros maniraptoranos, uma indicação do aumento da complexidade cerebral.
Os investigadores alertaram que estas são descobertas iniciais e que alterações na atividade cerebral durante o voo motorizado também podem ocorrer durante outros comportamentos, como planar. Eles também observam que seus testes envolveram vôo direto, sem obstáculos e com trajetória de vôo fácil, e outras regiões do cérebro podem estar mais ativas durante manobras de vôo complexas.
A equipe de pesquisa planeja em seguida identificar áreas precisas no cerebelo que permitam um cérebro pronto para voar e as conexões neurais entre essas estruturas.
As teorias científicas que explicam por que o cérebro fica maior ao longo da história evolutiva incluem a necessidade de atravessar paisagens novas e diferentes, preparando o terreno para o voo e outros estilos de locomotiva, disse o co-autor Gabriel Bever, da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins.
Outros autores do estudo incluem Elizabeth Ferrer, do Museu Americano de História Natural e da Universidade Samuel Merritt; Lemise Saleh e Paul Vaska, da Universidade Stony Brook; M. Eugenia Gold do Museu Americano de História Natural e da Universidade de Suffolk; JesusMarugán-Lobón da Universidade Autônoma de Madrid; Mark Norell, do Museu Americano de História Natural; David Ouellette, do Weill Cornell Medical College; Michael Salerno, da Universidade da Pensilvânia; Akinobu Watanabe, do Museu Americano de História Natural, do Instituto de Tecnologia de Nova York, da Faculdade de Medicina Osteopática e do Museu de História Natural de Londres; e Shouyi Wei, do Proton Center de Nova York.
Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation.
Fonte: Universidade do Arizona
