Se você já caiu de barriga em uma piscina, então você sabe: a água pode ser surpreendentemente dura se você bater no ângulo errado. Mas muitas espécies de martins-pescadores mergulham de cabeça na água para capturar suas presas. Num novo estudo publicado na revista Communications Biology , os investigadores compararam o ADN de 30 espécies diferentes de martins-pescadores com base nos genes que podem ajudar a explicar a dieta das aves e a capacidade de mergulhar sem sofrer danos cerebrais.

O tipo de mergulho que os martins-pescadores fazem – o que os pesquisadores chamam de “mergulho de mergulho” – é uma façanha aeronáutica. “É um mergulho em alta velocidade do ar para a água e é feito por muito poucas espécies de aves ”, diz Chad Eliason, cientista pesquisador do Field Museum em Chicago e primeiro autor do estudo. Mas é um comportamento potencialmente arriscado.

“Para que os martins-pescadores mergulhem de cabeça como fazem, devem ter desenvolvido outras características que os impeçam de danificar os seus cérebros”, diz Shannon Hackett, curadora associada de aves no Field Museum e autora sénior do estudo.

Nem todos os martins-pescadores realmente pescam – muitas espécies dessas aves comem presas terrestres, como insetos, lagartos e até mesmo outros martins-pescadores. Anteriormente, os coautores Jenna McCollough e Michael Andersen, investigadores da Universidade do Novo México, lideraram a equipa na utilização do ADN para mostrar que os grupos de martins-pescadores que comem peixe não são os parentes mais próximos uns dos outros dentro da árvore genealógica dos martins-pescadores. Isto significa que os martins-pescadores evoluíram as suas dietas à base de peixe – e as capacidades de mergulho para as obter – diversas vezes, em vez de todos evoluírem a partir de um ancestral comum que se alimentava de peixe.

“O fato de existirem tantas transições para o mergulho é o que torna este grupo fascinante e poderoso, do ponto de vista da investigação científica”, diz Hackett. "Se uma característica evolui independentemente de vários momentos diferentes, isso significa que você tem o poder de encontrar uma explicação abrangente para isso."

Para este estudo, os pesquisadores – incluindo os coautores Lauren Mellenthin, atualmente na Universidade de Yale, que era estagiária de graduação no Field Museum na época em que esta pesquisa foi realizada; Taylor Hains, da Universidade de Chicago e do Field Museum; Stacy Pirro da Iridian Genomes; e Michael Anderson e Jenna McCullough, da Universidade do Novo México – examinaram o DNA de 30 espécies de martins-pescadores, comedores de peixe ou não.

“Para obter todo o DNA do martim-pescador, usamos espécimes das coleções do Field Museum”, diz Eliason, que trabalha no Centro de Bioinformática Grainger e no Centro de Pesquisa Integrativa Negaunee do Field. “Quando nossos cientistas fazem trabalho de campo, eles coletam amostras de tecido dos espécimes de aves que coletam, como pedaços de músculo ou fígado. Essas amostras de tecido são armazenadas no Field Museum, congeladas em nitrogênio líquido, para preservar o DNA.”

No Laboratório de DNA Pritzker do Field, os pesquisadores iniciaram o processo de sequenciamento dos genomas completos de cada uma das espécies, gerando todo o código genético de cada ave. A partir daí, usaram software para comparar os milhares de milhões de pares de bases que compõem estes genomas para procurar variações genéticas que os martins-pescadores mergulhadores têm em comum.

Os cientistas descobriram que as aves que comiam peixes tinham vários genes modificados associados à dieta e à estrutura cerebral . Por exemplo, encontraram mutações no gene AGT das aves, que tem sido associado à flexibilidade alimentar noutras espécies, e no gene MAPT, que codifica proteínas tau relacionadas com o comportamento alimentar.

As proteínas tau ajudam a estabilizar pequenas estruturas dentro do cérebro, mas o acúmulo de muitas proteínas tau pode ser uma coisa ruim. Em humanos, lesões cerebrais traumáticas e doença de Alzheimer estão associadas ao acúmulo de tau.

“Aprendi muito sobre a proteína tau quando era gerente de concussões do time de hóquei do meu filho”, diz Hackett. "Comecei a me perguntar: por que os martins-pescadores não morrem porque seus cérebros se transformam em mingau? Deve haver algo que eles estejam fazendo que os proteja das influências negativas de pousar repetidamente de cabeça na superfície da água."

Hackett suspeita que as proteínas tau possam ser uma espécie de faca de dois gumes. “Os mesmos genes que mantêm os neurônios do cérebro em perfeita ordem e ordem são as coisas que falham quando você sofre concussões repetidas, se você é jogador de futebol ou se sofre de Alzheimer”, diz ela. “Meu palpite é que há algum tipo de forte pressão seletiva sobre essas proteínas para proteger de alguma forma os cérebros das aves”.

Agora que estas variações genômicas correlacionadas foram identificadas, diz Hackett, "A próxima questão é: o que é que as mutações nos genes destas aves fazem às proteínas que estão a ser produzidas? Que mudanças de forma existem? O que está a acontecer para compensar um cérebro para as forças concussivas?"

“Agora, sabemos quais dos genes subjacentes estão a mudar e que ajudam a criar as diferenças que vemos na família dos martins-pescadores”, diz Eliason. "Mas agora que sabemos quais genes observar, isso criou mais mistérios. É assim que a ciência funciona."

Além de uma melhor compreensão da genética do martim-pescador e das potenciais implicações para a compreensão das lesões cerebrais, Hackett diz que este estudo é importante porque destaca o valor das coleções dos museus.

“Um dos espécimes dos quais obtivemos DNA neste estudo tem trinta anos. Na época em que foi coletado, não podíamos fazer nem perto do tipo de análise que podemos fazer hoje – não podíamos nem fazer algumas dessas coisas cinco anos atrás", diz Hackett. "Isso remonta à capacidade de espécimes individuais contarem novas histórias ao longo do tempo. E quem sabe o que poderemos aprender com esses espécimes no futuro? É por isso que adoro coleções de museus."