Fotografia de um esqueleto do antigo sinapsa­deo não mama­fero (parente de um antigo mama­fero) Edaphosaurus em exibição no Field Museum of Natural History. Crédito: Ken Angielczyk

A espinha dorsal éo canivete suiço da locomoção dos mama­feros. Ele pode funcionar de todas as maneiras que permitem que os mama­feros vivos tenham uma diversidade nota¡vel em seus movimentos. Eles podem correr, nadar, escalar e voar, tudo devido, em parte, a  extensa reorganização de sua coluna vertebral, que ocorreu ao longo de aproximadamente 320 milhões de anos de evolução.

Abra qualquer livro de anatomia e vocêencontrara¡ a hipa³tese de longa data de que a evolução da espinha dorsal do mama­fero, que éexclusivamente capaz de movimentos sagitais (para cima e para baixo), evoluiu a partir de uma espinha dorsal que funcionava semelhante a  dos ranãpteis vivos, que se movem lateralmente (lado a lado). Essa assim chamada transição "lateral para sagital" foi baseada inteiramente em semelhanças superficiais entre sinapsa­deos não mama­feros, os precursores extintos dos mama­feros e os lagartos modernos.

Em um artigo publicado em 2 de mara§o na Current Biology , uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Harvard desafia a hipa³tese "lateral-sagital" medindo a forma vertebral em uma ampla amostra de amniotas vivos e extintos (ranãpteis, mama­feros e seus extintos parentes). Usando técnicas de ponta, eles mapeiam o impacto dasmudanças evolutivas na forma sobre a função da coluna vertebral e mostram que os sinapsa­deos não mama­feros moviam sua espinha dorsal de uma maneira distintamente própria e bastante diferente de qualquer animal vivo .

A equipe, liderada pela primeira autora Katrina E. Jones, ex-pesquisadora de pa³s-doutorado do Departamento de Biologia Organa­smica e Evolutiva da Universidade de Harvard, descobriu que, embora o grau de curvatura sagital aumente durante a evolução dos mama­feros, as espinhas dorsais dos primeiros sinapsa­deos foram otimizadas para rigidez e a transição evolutiva para os mama­feros não incluiu um esta¡gio caracterizado pela curvatura lateral semelhante a  dos ranãpteis. Em vez disso, eles descobriram que os lagartos modernos e outros ranãpteis tem uma morfologia e função de coluna vertebral únicas que não representam a locomoção ancestral, e que os primeiros ancestrais dos mama­feros não se moviam como um lagarto, como os cientistas postularam anteriormente.

"A ideia de longa data de que houve uma transição na evolução dos mama­feros diretamente da curvatura lateral para a sagital émuito simples, disse a autora saªnior Stephanie Pierce, Thomas D. Cabot Professor Associado do Departamento de Biologia Organa­smica e Evolutiva e curador de paleontologia de vertebrados no Museu de Zoologia Comparada da Universidade de Harvard. ”Lagartos e mama­feros divergiram uns dos outros milhões de anos atrás e cada um seguiu sua própria jornada evolutiva. Mostramos que os lagartos vivos não representam nenhum tipo de morfologia ou função ancestral que os dois grupos teriam em comum hátanto tempo. "

O coautor Ken Angielczyk, MacArthur Curator of Paleomammalogy, Negaunee Integrative Research Center, Field Museum of Natural History, concordou: "Os ranãpteis tem evolua­do tanto quanto os mama­feros e, por causa disso, hátanto tempo paramudanças e especializações ranãpteis. Se vocêolhar para as vanãrtebras de um lagarto ou crocodilo moderno, suas vanãrtebras são, na verdade, muito diferentes dos primeiros ancestrais de mama­feros e ranãpteis que viveram na mesma anãpoca hácerca de 300 milhões de anos. Tanto os mama­feros quanto os ranãpteis tem acumulado seu pra³prio conjunto de especializações ao longo do tempo evolutivo. "

Jones e coautores, incluindo o ex-aluno de pós-graduação de Harvard Blake Dickson, Ph.D. '20, começou medindo a forma das vanãrtebras de uma variedade de ranãpteis, mama­feros, salamandras e alguns fa³sseis de sinapsa­deos não mama­feros. Os espanãcimes vieram de coleções de museus em todo o mundo, com esqueletos de animais modernos principalmente do Museum of Comparative Zoology (MCZ) e fa³sseis de sinapsa­deos do MCZ, do Field Museum of Natural History e de vários outros museus nos EUA, Europa, e áfrica do Sul.

"Primeiro tivemos que quantificar a forma das vanãrtebras e isso éum pouco complicado", disse Jones. "Cada coluna vertebral écomposta de várias vanãrtebras e quando vocêtem um número diferente de vanãrtebras, suas formas e funções podem se dividir de maneiras diferentes."

Eles selecionaram cinco vanãrtebras em locais equivalentes de cada uma das colunas vertebrais e mediram suas formas nos diferentes animais em trêsDimensões . Os resultados mostraram quantitativamente que as vanãrtebras sinapsa­dicas de não mama­feros são muito diferentes das vanãrtebras dos mama­feros modernos e, criticamente, também das vanãrtebras de lagartos e outros ranãpteis.

Em seguida, os pesquisadores examinaram como as vanãrtebras podem ter funcionado usando dados de seu trabalho anterior que comparou a forma vertebral ao grau de movimento vertebral em lagartos vivos e mama­feros, fornecendo uma ligação crucial entre forma e função. Os dados permitiram aos pesquisadores mapear a variação na função vertebral em uma ampla amostra de animais, incluindo os fa³sseis, o que lhes permitiu reconstruir a combinação precisa de caracteri­sticas funcionais que descreviam cada grupo de animais.

"A abordagem de nossa equipe para a análise de dados éempolgante, pois pode revelar como diferentes formatos de backbone podem resultar em diferentes compensações funcionais", disse Pierce. Os ranãpteis, por exemplo, são muito bons em flexa£o lateral, mas são incapazes de mover a coluna para cima e para baixo como os mama­feros. "Além da curvatura lateral e sagital, também examinamos outras funções da coluna vertebral e, em seguida, determinamos a combinação ideal de compensações para mama­feros, ranãpteis e sinapsa­deos não mama­feros", disse Pierce.

"Fomos capazes de mostrar que os sinapsa­deos não mama­feros tem uma combinação diferente de funções em sua espinha dorsal tanto para ranãpteis vivos quanto para mama­feros", disse Jones, "e no curso dessa evolução eles não estavam apenas atravessando do tipo ranãptil lateralmente a  curvatura sagital semelhante a  de um mama­fero, eles estavam na verdade em um caminho completamente distinto, no qual estavam evoluindo de uma condição separada. "

"A expectativa hista³rica éque os ancestrais sinapsa­deos dos mama­feros estavam fazendo o mesmo conjunto de trocas que os ranãpteis modernos fazem. Mas acontece que eles tem um conjunto de trocas totalmente diferente", disse Angielczyk. "A expectativa de que os ranãpteis retenham os padraµes locomotores ancestrais que existiam hámais de 320 milhões de anos émuito simples."

Os resultados mostram que a espinha dorsal dos sinapsa­deos de não mama­feros era, na verdade, bastante ra­gida e completamente diferente daquela dos lagartos, que são muito da³ceis na direção lateral. Além disso, durante a evolução dos mama­feros, novas funções foram adicionadas a essa base ancestral ra­gida, incluindo a flexa£o sagital na parte posterior das costas e a torção na frente. O acranãscimo dessas novas funções foi fundamental na construção da estrutura funcionalmente diversa dos mama­feros, permitindo que os mama­feros modernos corressem muito rápido e girassem a coluna para limpar o pelo.

"Ao analisar rigorosamente o registro fa³ssil, somos capazes de rejeitar a hipa³tese lateral-sagital simplista para uma história de evolução muito mais complexa e interessante", disse Pierce. "Estamos agora revelando o caminho evolutivo em direção a  formação da espinha dorsal única dos mama­feros."

O estudo faz parte de uma sanãrie de projetos em andamento sobre a evolução da espinha dorsal dos mama­feros , reunindo seu desenvolvimento, morfologia, função e evolução. "Ainda não temos toda a história", disse Jones, "mas estamos chegando perto."

Os pesquisadores agora estãousando modelagem tridimensional das vanãrtebras para entender como os ancestrais dos mama­feros se moviam. "Agora estamos testando nossos estudos anteriores com modelos tridimensionais assistidos por CAD", disse Jones. "Atéagora estãofuncionando muito bem e parece apoiar o que encontramos neste documento."