A Nova Filogenia das Aves Modernas

Um conjunto de artigos publicados esta semana na revista Science serviu para esclarecer questões importantes a respeito da evolução das aves atuais. Uma equipe internacional composta por pesquisadores de 20 países formaram um consórcio para estudar a evolução, dissecar as bases genômicas das características complexas, e resolver um debate secular em relação à árvore filogenética das espécies atuais de aves. Os dados resultantes do conjunto de 48 genomas de aves consistentemente anotados abrangem 32 das 35 ordens de aves propostas recentemente, incluindo todos as 30 ordens de neognathas, e, portanto, representa uma vasta gama de diversidade evolutiva aviária. As análises do consórcio resultaram em oito artigos publicados na Science , bem como 20 artigos em outras revistas como Genome Biology e GigaScience. Entre estas publicações estão incluídos dois trabalhos emblemáticos: uma exploração em escala dos dados genômicos para gerar uma filogenia das ordens aviárias altamente fundamentada, o que resolve muitos debates sobre a cronologia e a topologia de sua radiação; o outro, uma análise genômica comparativa explorando a evolução do genoma aviário e da base genética das características complexas. Outros estudos publicados na Science descrevem as regiões convergentes do cérebro e a expressão do gene para a aprendizagem do canto das aves e da fala humana.

Há 66 milhões de anos os dinossauros, tal e como se conhecem, se extinguiram, porém alguns répteis e aves sobreviveram a esta extinção em massa. As aves que sobreviveram sofreram uma rápida evolução e uma grande diversificação mas, até agora, não tem sido fácil para os cientistas explicar a árvore familiar das aves modernas. Os estudos filogenéticos disponíveis até agora sobre a evolução das aves modernas havia analisado conjuntos de genes concretos que se relacionavam com características anatômicas ou comportamentais nas aves. Os resultados apresentados pelo "Avian Phylogenomic Consortium" comparam o genoma inteiro de todas as espécies, o que permitiu aos cientistas reconstruir a árvore filogenética das aves com muito mais detalhes, incluindo informações sobre as relações de parentesco entre grupos e o momento em que se separaram.

O consorcio internacional para o estudo da genômica das aves, liderado por Guoije Zhang, do 'National Genebank BGI', na China e da Universidade de Copenhague, trabalhou durante quatro anos no sequenciamento massivo do genoma das 48 espécies de aves e de outros animais como os crocodilos (os crocodilianos modernos constituem o grupo externo ('outgroup') mais próximo das aves atuais).

De acordo com a Wikipedia:

"evidências fósseis e análises biológicas intensas tem demonstrado que as aves descendem dos dinossauros terópodes. Mais especificamente, elas são membros do clado Maniraptora, um grupo de terópodes que inclui as famílias Dromaeosauridae e Oviraptoridae. Com a descoberta de mais terópodes não pertencentes ao clado Avialae, a distinção entre terópodes e aves ficou ofuscada. Recentes descobertas na província de Liaoning no nordeste da China, que demonstraram que muitos pequenos terópodes possuíram penas, contribuíram para essa ambiguidade.”

“As aves se diversificaram numa grande variedade de formas durante o período Cretáceo. Muitos grupos retiveram características primitivas, como garras nas asas e dentes, embora os dentes foram perdidos independentemente em vários grupos de aves. Enquanto as formais primitivas, como o Archaeopteryx e o Jeholornis, retiveram os longos ossos da cauda dos seus ancestrais, as caudas das aves mais avançadas foram encurtadas com o advento do osso pigóstilo no clado Pygostylia.

A primeira linhagem grande e diversa de aves de cauda curta a evoluir foi a Enantiornithes, nomeada em função da construção dos ossos do ombro estarem em posição contrária a das aves modernas. Os Enantiornithes ocuparam uma grande variedade de nichos ecológicos, de filtradores de areia e piscívoros a trepadores e granívoros. Algumas linhagens mais avançadas também se especializaram em um dieta a base de peixes, como a classe Ichthyornithes. Uma ordem de aves marinhas do Mesozoico, a Hesperornithiformes, tornou-se tão adaptada ao ambiente aquático que perdeu a capacidade de voar. Apesar dessas especializações extremas, os Hesperornithiformes representam uma das linhagens mais próximas as aves modernas.”

“A classificação tradicional segue o padrão de Clements (também conhecido como as ordens de Clements):

Subclasse †Archaeornithes Gadow, 1893 - aves ancestrais

Ordem †Archaeopterygiformes Lambrecht, 1933 – arqueopterix

Ordem †Confuciusornithiformes Hou et al., 1995

Subclasse Neornithes Gadow, 1893 - aves modernas

Superordem Paleognathae Pycraft, 1900 - aves com asas atrofiadas e osso esterno sem quilha
Superordem Neognathae Pycraft, 1900 - aves com asas bem desenvolvidas e osso esterno com quilha”

Cladograma mostrando a recente classificação das Neoaves, baseada em diversos estudos filogenéticos.

A classificação radicalmente diferente de Sibley-Monroe (Taxonomia de Sibley-Ahlquist), baseada em dados moleculares de hibridização DNA-DNA, encontrou corroboração, por evidências moleculares, fósseis e anatômicas, de algumas modificações propostas, entre elas o apoio para o clado Galloanserae".

Segundo um dos cientistas que participaram do projeto, o brasileiro Claudio Mello, da Universidade de Ciência e Saúde do Oregon (Estados Unidos):

“as aves são um dos grupos mais diversos que existem, com cerca de dez mil espécies. Essa diversidade tornava complexa a tarefa de entender as relações entre elas e, por isso, até hoje não tínhamos uma árvore filogenética confiável”. [Veja aqui]

“Muitos ramos surgiram quase simultaneamente. Isso aumentava a dificuldade para organizar a árvore evolutiva das aves. Agora, temos dados confiáveis que deverão gerar muitas descobertas nos próximos anos”, disse Mello. [Veja aqui]

Os principais artigos deste estudo publicados na Science indicam que a aprendizagem vocal, isto é, a capacidade para emitir sons, modificar o tom e reproduzir um som por imitação, evoluiu de forma independente, no mínimo em duas ocasiões. Um grupo de cientistas brasileiros – liderado por Claudio Mello, Maria Paulo Schneider, da Universidade Federal do Pará (UFPA), e Francisco Prosdocimi, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) – mapeou os genes relacionados ao aprendizado vocal em grupos de pássaros e os comparou com os marcadores do cérebro humano que controlam a fala:

“Muitos dos genes ligados ao canto do passarinho estão também nas áreas do cérebro humano responsável pela fala”, explicou o cientista Claudio Mello [Veja aqui].

Geralmente, tem se admitido que os circuitos cerebrais para a aprendizagem musical e vocal em aves e humanos são similares, porém se tinha chegado a eles por vias diferentes na evolução. Esta macroanálise feita pelo consórcio constata que os pássaros apresentavam mutações em grupos de genes que codificam o esmalte e a dentina e cinco destes genes relacionados com a formação de dentes haveria se desabilitado há uns 116 milhões de anos em algum antepassado das aves modernas.

Com a base da evidência fóssil e molecular, os pesquisadores propõem um cenário de duas fases em que a perda dos dentes e o desenvolvimento do bico evoluíram juntos no ancestral comum de todas as aves modernas. Na primeira etapa, a perda dos dentes e o desenvolvimento de um bico parcial começou na parte anterior da mandíbula superior e inferior, enquanto a segunda fase consistiu na progressão concorrente da perda dos dentes e o desenvolvimento da parte do bico anterior de ambas mandíbulas até parte posterior.

Entre outras coisas, os pesquisadores do consórcio estimam que os pinguins apareceram pela primeira vez há cerca de 60 milhões de anos. O estudo mostra que a população de pinguins de Adelia aumentou rapidamente há aproximadamente 150.000 anos, quando o clima se tornou mais quente, porém mais tarde se reduziu em 40% faz unos 60.000 anos, durante um período glacial frio e seco, enquanto a população de pinguins imperador se manteve estável, o que sugere que se adaptou melhor as condições glaciais, por exemplo, ao serem capazes de proteger seus ovos contra temperaturas abaixo de zero e incubá-los em seus pés.

O consórcio descobriu também que ambos pinguins expandiram genes relacionados com beta-queratinas, as proteínas que constituem 90% das penas, com ao menos 13 genes responsáveis por um só tipo de beta-queratina, que é o número mais alto em comparação com todos os outros genomas de aves conhecidas e tudo isso explicaria sua importância em garantir que as penas dos pinguins sejam curtas, rígidas e densamente concentradas para minimizar a perda de calor, sendo resistentes a água e ajudando a nadar embaixo d'água.

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Referências:

• Zhang G, Jarvis ED, Gilbert MT. Avian genomes. A flock of genomes. Introduction. Science. 2014 Dec 12;346(6215):1308-9. doi:10.1126/science.346.6215.1308.

• Pfenning, AR, et al. Convergent transcriptional specializations in the brains of humans and song-learning birds. Science. 2014 Dec 12;346(6215):1256846. doi: 10.1126/science.1256846.

• Cracraft, . in The Howard and Moore Complete Checklist of the Birds of the World, E. C. Dickinson, J. C. J. Remsen, Eds. (Aves Press, Eastbourne, UK, 2013), pp. xxi–xliii.

• Zhang, G. et al. Comparative genomics reveals insights into avian genome evolution and adaptation.  12 December 2014: Vol. 346 no. 6215 pp. 1311-1320 
  DOI: 10.1126/science.1251385.

• Duke University. "'Big Bang' of bird evolution mapped: Genes reveal deep histories of bird origins, feathers, flight and song." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 December 2014. [Veja também aqui e aqui]