Taxas Sustentadas de Evolução Rápida Explicam Exatamente como os Tetrápodes Evoluíram dos Peixes

Uma das questões mais críticas na evolução é como e quando grupos significativos de animais evoluíram pela primeira vez. A onda de tetrápodes (todos vertebrados com membros) de seus parentes peixes indica um dos eventos evolutivos mais importantes na história da vida. Esta mudança de “peixe para tetrápode” ocorreu em algum lugar entre o Devoniano Médio e Superior (aproximadamente 400-360 milhões de anos atrás) e representa o início de uma mudança ambiental significativa quando os vertebrados caminharam pela primeira vez para a terra. No entanto, várias indagações fundamentais sobre a dinâmica dessa mudança continuam um mistério por anos.

Em uma pesquisa divulgada em 23 de agosto na Nature Ecology and Evolution, os pesquisadores de Harvard estabeleceram a data de origem dos primeiros tetrápodes e descobriram que eles adquiriram vários dos novos atributos adaptativos significativos que permitiram a vida dos vertebrados na terra em taxas evolutivas rápidas.

Os pesquisadores aplicaram técnicas estatísticas recentemente desenvolvidas (análise evolutiva bayesiana) para estimar com precisão o tempo e as taxas de desenvolvimento anatômico durante o surgimento dos tetrápodes. Este estudo foi conduzido pelo Dr. Tiago R. Simões, pesquisador de pós-doutorado, e pela autora sênior Professora Stephanie E. Pierce, ambos da Divisão de Biologia Organísmica e Evolutiva da Harvard College. De métodos criados em epidemiologia para estudar como vírus como o COVID-19 evoluem, a técnica bayesiana foi adaptada e recentemente se tornou uma ferramenta da paleontologia para a pesquisa da evolução das espécies.

A pesquisa também inova ao misturar dados de pegadas fósseis e fósseis de corpos para determinar o início dos tetrápodes. De acordo com Pierce, os dados da pegada normalmente aparecem após os fósseis do corpo de seus rastreadores. No entanto, neste caso, eles encontraram pegadas de tetrápodes muito mais velhas do que os fósseis do primeiro corpo por vários milhões de anos, o que é excepcionalmente incomum. Combinando pegadas e fósseis corporais, eles podem pesquisar uma idade específica de ascensão dos tetrápodes.

Segundo Simões, eles conseguiram dar uma idade extremamente precisa para o início dos tetrápodes por volta de 390 milhões de anos atrás, 15 milhões de anos mais velha que o fóssil mais antigo do corpo do tetrápode.

Os pesquisadores também descobriram que a maioria dos tetrápodes parentes próximos tinha taxas prolongadas de evolução fisiológica, indicando que os peixes sobre os tetrápodes se adaptaram muito bem ao seu modo de vida marinho.

“Por outro lado, identificamos as linhagens evolutivas que levaram os primeiros tetrápodes a escapar desse padrão estável, ganhando várias das novas qualidades adaptativas significativas a taxas rápidas que foram mantidas por cerca de 30 milhões de anos”, afirmou Simões.

Simões e Pierce continuaram suas pesquisas estendendo métodos moleculares para estudar a velocidade em cada parte diferente do plano corporal dos primeiros tetrápodes e a força da seleção natural agindo em cada um deles. Essas partes incluíam o crânio, mandíbulas e membros.

Simões e Pierce também expandiram métodos moleculares para estudar a rapidez com que diferentes partes do plano corporal dos primeiros tetrápodes evoluíram – como o crânio, mandíbulas e membros – e a força da seleção natural agindo em cada um deles. O resultado foi que todas as partes do esqueleto do tetrápode estavam sob sólida seleção direcional para desenvolver novas características adaptativas. O crânio e as mandíbulas estavam evoluindo mais rápido do que o restante do corpo, incluindo o braço ou as pernas.

“Isso sugere que as modificações no crânio tiveram uma função mais poderosa nas fases preliminares da mudança do peixe para o tetrápode do que as mudanças no resto do esqueleto. A evolução dos membros para a vida na terra foi significativa, mas essencialmente em um estágio posterior do avanço dos tetrápodes, quando eles se tornavam mais terrestres “, afirmou Pierce.

“Vemos várias alterações anatômicas em seus crânios relacionadas à alimentação e também à aquisição de alimentos, permitindo uma mudança de um estilo de captura de presas baseado em sucção semelhante a um peixe para uma mordida semelhante a um tetrápode, e um aumento na dimensão e localização da órbita”, afirmou Simões . “Essas alterações prepararam os tetrápodes para procurar comida na terra e explorar novas fontes de alimentos indisponíveis para seus parentes peixes.”

Os pesquisadores também descobriram que as taxas rápidas de avanço fisiológico na linhagem dos tetrápodes não estavam relacionadas às taxas rápidas de diversificação de espécies. As espécies eram escassas, então poucas tinham uma probabilidade muito baixa de serem mantidas no registro fóssil.

Essa descoberta ajuda a resolver um debate em andamento na evolução. A discussão se concentra em se novos grupos animais significativos se originaram sob taxas rápidas de alteração anatômica e diversificação de espécies (a hipótese clássica). Ou se houvesse altas taxas de evolução anatômica primeiro, com taxas crescentes de diversificação de espécies ocorrendo apenas vários milhões de anos depois (uma nova hipótese).

Segundo Simões, seus achados nos últimos anos indicam muitas mudanças anatômicas durante a formação de novos planos corporais de animais em curtos períodos de tempo geológico, causando altos índices de evolução anatômica, assim como com os primeiros tetrápodes. Porém, quanto ao número de espécies, elas permaneceram sufocadas e em número reduzido por um tempo prolongado, e somente depois de dezenas de numerosos anos elas se ramificam e acabam sendo maiores em número de espécies. Ele acrescenta que existe desacoplamento aí.

Pierce afirma que encontrar um lugar em um novo nicho leva tempo para aproveitá-lo ao máximo.

Pierce afirma que seu estudo começa bem no início desta história evolutiva, e há vários outros capítulos por vir. A seguir, eles querem investigar o que aconteceu depois da origem dos tetrápodes, quando eles começaram a colonizar terras e se ramificar em novos nichos. Como isso afeta suas taxas anatômicas de evolução em comparação com a diversificação de espécies em todo o planeta? Pierce finaliza, dizendo que este é o começo, o capítulo introdutório ao livro.

Referência: “Altas taxas sustentadas de evolução morfológica durante a ascensão dos tetrápodes” por Tiago R. Simões e Stephanie E. Pierce, 23 de agosto de 2021,  Nature Ecology & Evolution .
DOI: 10.1038 / s41559-021-01532-x