Anchiornis dinosaur feathers were likely an evolutionary intermediate on the way to flight.

ROBERT CLARK/NATIONAL GEOGRAPHIC

Fossil feathers reveal how dinosaurs took flight

By Robert F. ServiceJan. 28, 2019 , 3:50 PM

Os cientistas sabem há muito tempo que muitos dos primeiros dinossauros, os ancestrais dos pássaros de hoje, estavam cobertos de penas, provavelmente por calor e para atrair parceiros. Mas ninguém sabe exatamente quando - e como - esses dinossauros emplumados levantaram voo. Agora, evidências moleculares de fósseis de dinossauros emplumados revelam como as principais proteínas que compõem as penas se tornaram mais leves e mais flexíveis ao longo do tempo, à medida que os dinossauros sem asas evoluíram para os que voam - e mais tarde, os pássaros.

Todos os animais terrestres modernos com backbones têm queratinas, proteínas que compõem desde unhas e bicos até escamas e penas. Em humanos e outros mamíferos, as α-queratinas formam os filamentos de 10 nanômetros de largura que compõem cabelos, pele e unhas. Em crocodilos, tartarugas, lagartos e aves, as β-queratinas formam filamentos ainda mais estreitos e mais rígidos que constroem garras, bicos e penas.

Usando todo o genoma de dezenas de aves vivas, crocodilos, tartarugas e outros répteis, os cientistas construíram na última década uma árvore genealógica desses animais com base em como suas β-queratinas mudaram com o tempo. Entre as revelações: as aves modernas perderam a maioria de suas α-queratinas, mas as β-queratinas em suas penas tornaram-se mais flexíveis, graças a uma falta de glicina e aminoácidos tirosina que tornam as garras e os bicos rígidos. Isso sugere que a transição para o vôo exigia que as duas mudanças ocorressem.

Now, researchers have shown this directly by analyzing the α- and β-keratins in a handful of exceptionally preserved fossils from China and Mongolia. The researchers, led by paleontologists Pan Yanhong of the Chinese Academy of Sciences in Beijing and Mary Schweitzer of North Carolina State University in Raleigh, designed separate antibodies to bind to identifying segments of various α- and β-keratin proteins preserved in the fossilized feathers of five species that lived between 160 million and 75 million years ago. The antibodies were labeled with fluorescent tags that light up whenever they bind to their targets.

This Anchiornis fossil revealed that the dinosaur’s feathers likely had some, though not all, of the molecular characteristics of modern bird feathers.

Pan Yanhong

The feathers of Anchiornis, a crow-size feathered dinosaur that lived 160 million years ago, lit up to reveal the flexible truncated β​-keratin found in modern birds, the researchers report today in the Proceedings of the National Academy of Sciences. But the dinosaurs—which predate the first recognized bird, Archaeopteryx, by 10 million years—had even more α-keratins, which are largely absent from bird feathers today. Given that, plus structural differences revealed by electron microscopy analysis, it’s likely that Anchiornis feathers weren’t suitable for flight, Schweitzer says, but represent an intermediate stage in the evolution toward flight feathers.

Penas fossilizadas de um dinossauro pequeno de 130 milhões de anos chamado Shuvuuia (que não é um ancestral das aves de hoje) revelam que, como as aves modernas, não tinham α-queratinas. Mas, diferentemente de Anchiornis, suas penas ainda eram compostas pelas β-ceratinas maiores e mais rígidas. "Estamos começando a descobrir o padrão em mosaico da evolução das penas", diz Schweitzer, que sugere que a transição das penas para o vôo exigia as mutações que eliminavam a maioria das α-queratinas e as β-queratinas truncadas e flexíveis.

“Esse tipo de trabalho é o sonho de todo biólogo evolucionista”, diz Matthew Greenwold, biólogo evolucionista da Universidade da Carolina do Sul, na Colômbia, que ajudou a construir a antiga árvore genealógica da β-queratina. Tomada em conjunto com a moderna evidência genética, a nova descoberta sugere que durante a transição para o voo, o gene da β-queratina foi duplicado muitas vezes nos genomas de alguns dinossauros. À medida que os animais evoluíram, algumas cópias extras foram transformadas na forma truncada que possibilitou o voo. Isso não apenas permitiu que dinossauros emplumados, como o Archaeopteryx, cruzassem o céu há cerca de 150 milhões de anos, mas também deu origem a todos os corvos, tentilhões, estorninhos e águias que temos hoje.

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• Paleontology

doi:10.1126/science.aaw8260