Ha¡ um paradoxo dentro da teoria da evolução: as formas de vida que existem hoje estãoaqui porque foram capazes de mudar quando os ambientes anteriores desapareceram. Ainda assim, os organismos evoluem para se encaixar em nichos ambientais específicos.

"A especialização e a precisão cada vez maiores deveriam ser um beco sem saa­da evolutivo, mas não éo caso. Como a capacidade de se encaixar precisamente em um ambiente atual éreconciliada com a capacidade de mudar éa questãomais fundamental na biologia evolutiva", diz Alex Badyaev, professor de ecologia e biologia evolutiva da Universidade do Arizona.

Badyaev écoautor de um artigo publicado na Nature Communications que sugere uma explicação baseada na evolução de pigmentos coloridos em penas de pa¡ssaros na Amanãrica do Norte. Ele escreveu o artigo com dois ex-alunos de pós-graduação - a autora principal Ahva Potticary, agora professora do UArizona, e Erin Morrison, agora professora assistente da Universidade de Nova York.

Existem duas soluções gerais possa­veis, de acordo com Badyaev. Primeiro, os mecanismos que permitem que os organismos se adaptem bem ao ambiente atual e os mecanismos que permitem a mudança nas adaptações são distintos - os últimos são suprimidos a  medida que os organismos se adaptam cada vez melhor ao ambiente atual e são ativados apenas quando o ambiente muda. A segunda éque os mecanismos que fazem os organismos se encaixarem nos ambientes atuais são modificados durante a evolução.

"Distinguir entre essas possibilidades éum desafio porque na biologia evolutiva nosnecessariamente estudamos processos que ocorreram no passado, os eventos que perdemos", disse ele. "Então, em vez disso, inferimos o que perdemos nas comparações de espanãcies que existem hoje. Embora essa abordagem possa nos dizer quanto bem os organismos atuais se adaptam ao ambiente atual, não pode nos dizer como eles chegaram aqui."

Em última análise, o primeiro cena¡rio foi apoiado pelo trabalho dos pesquisadores. Os mecanismos que tornam os organismos locais adequados e os responsa¡veis ​​pela mudança são distintos e ocorrem sequencialmente na evolução.

Badyaev e sua equipe tiveram como objetivo observar diretamente a adaptação a novos ambientes em ação, prestando atenção especificamente aos mecanismos envolvidos. A oportunidade foi fornecida pelo tentilha£o domanãstico, uma ave onipresente do deserto de Sonora que ao longo do último século se espalhou pela maior parte da Amanãrica do Norte e agora ocupa as maiores áreas ecola³gicas de qualquer espanãcie de ave viva.

Os pa¡ssaros se colorem comendo e integrando moléculas pigmentadas chamadas carotena³ides em suas penas.

"Os carotena³ides são moléculas grandes, e coloca¡-los nas penas em crescimento éum processo complicado, resultando em todos os tipos de modificações estruturais e aberrações nas penas", disse Badyaev. "Isso representa uma oportunidade única de estudar como os mecanismos de desenvolvimento bem caracterizados que produzem uma pena intrincada coevoluem com entradas externas imprevisa­veis necessa¡rias para colori-los."

Em penas onde a integridade estrutural éessencial, como em penas reguladoras de temperatura ou penas de voo, evoluem mecanismos que protegem o crescimento das penas a partir da incorporação de carotena³ides. Por esta raza£o, as penas de voo ou penugem quase nunca são coloridas em nenhuma espanãcie de ave. No extremo oposto do espectro, as penas ornamentais se beneficiam de serem coloridas e desenvolver mecanismos que modificam sua estrutura para permitir uma maior incorporação de carotena³ides e para melhorar sua apresentação.

Os autores tiraram proveito dessa diversidade e estudaram como esse conjunto de mecanismos - do amortecimento completo dos carotena³ides atéa sua adoção total - realmente evolui.

As fontes de pigmentos carotena³ides diferem em toda a grande variedade de tentilhaµes. Em populações nativas do deserto, os tentilhaµes obtem seus pigmentos do pa³len e das frutas dos cactos, enquanto nas populações urbanas eles os obtem de espanãcies de plantas e alimentadores de pa¡ssaros recanãm-introduzidos. Nas populações do norte, eles incorporam os pigmentos de sementes de grama, botaµes e bagas.

"Como esperado, em cada um desses locais os tentilhaµes desenvolveram adaptações precisas para incorporar diversos carotena³ides locais em suas penas", disse Badyaev. Mas o aspecto aºnico deste estudo éque "conheca­amos as rotas de colonização dessas aves, o que nos permitiu observar como elas modificam essas adaptações a  medida que se deslocam de um local para o outro ao longo do último século."

Essa abordagem não apenas permitiu que a equipe estudasse diretamente o processo de evolução, mas também permitiu que estudassem a evolução repetida na natureza, porque as aves desenvolveram adaptações locais distintas em paralelo a partir de pontos de partida conhecidos conforme se espalharam pelo continente.

"Tivemos que reproduzir a fita da evolução dessa adaptação, em vez de deduzir o processo do resultado", disse Badyaev.

A equipe estabeleceu 45 populações de estudo ao longo das rotas de colonização que a espanãcie percorreu do sul do Arizona ao noroeste dos Estados Unidos. Eles também exploraram como as espanãcies mudam dentro de regiaµes, como entre as populações do deserto do Arizona e as populações urbanas no campus da Universidade do Arizona e em Tucson. Em todas essas populações, eles examinaram a estrutura microsca³pica e a composição completa dos carotena³ides em milhares e milhares de amostras de penas . A escala e profundidade sem precedentes do estudo - considerado o maior de seu tipo em uma espanãcie de ave selvagem - levou a duas descobertas.

Em primeiro lugar, a evolução procedeu por sequaªncias notavelmente semelhantes a partir de pontos de partida amplamente diversos. Carotena³ides locais não familiares exerceram grandes modificações no desenvolvimento das penas no ina­cio, mas quanto mais pa¡ssaros persistiam em uma regia£o e quanto mais familiarizados eles se tornavam com os carotena³ides locais, melhor eles eram capazes de incorpora¡-los em suas penas, eventualmente desenvolvendo adaptações locais precisas.

Em segundo lugar, e mais importante, embora os carotena³ides e suas misturas difiram fortemente entre locais tão distintos quanto desertos e florestas perenes do norte, os mecanismos por trás de sua incorporação em penas em crescimento eram notavelmente uniformes e não específicos para propriedades bioquímicas de compostos individuais de carotena³ides . Em vez disso, em todas as populações, a evolução resultou demudanças nos mecanismos que protegeram a adaptação local anterior de estressores externos. Esses mecanismos gerais de amortecimento do estresse - o que Badyaev chamou de "os guardiaµes das adaptações locais" - tiveram de ser recrutados para permitir a evolução de novas adaptações.

Em outras palavras, "os limites das adaptações atuais tornam-se pontes entre adaptações sucessivas na evolução", disse Badyaev.

O pra³ximo passo para os autores éestudar a origem dos mecanismos moleculares e de desenvolvimento que eles implicaram nos processos de amortecimento do estresse na evolução.