De onde vieram os ombros? Peixes antigos revelam a evolução da articulação

Fenda no crânio fóssil sugere que arcos branquiais abriram caminho para ombros, propondo solução para um mistério de longa data

• 1º DE NOVEMBRO DE 2023
• 12H00 HORÁRIO DO LESTE DOS EUA
• POR ELIZABETH PENNISI

Brindabellaspsis , um peixe placoderme extinto mostrado na reconstrução de um artista, tinha cartilagem de suporte primitiva, semelhante a um ombro, para suas nadadeiras frontais emparelhadas. ENTELOGNATO/WIKIMEDIA COMMONS

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Uma versão desta história apareceu em Science, Vol 382, ​​Edição 6670.

Os pesquisadores traçaram uma conexão evolutiva entre as gargantas dos peixes antigos e a anatomia que permite balançar um taco de golfe ou alcançar uma prateleira alta. O ombro dos vertebrados, concluem eles, surgiu em parte dos arcos branquiais dos peixes ancestrais, suportes curvos que circundam a garganta.

A análise, publicada hoje na Nature , ajuda a reconciliar duas ideias existentes sobre a origem dos ossos que ligam os nossos braços ao tronco : os tecidos da cabeça ou as dobras laterais ao longo dos corpos dos peixes antigos. Na nova imagem, baseada em estudos detalhados de fósseis com 400 milhões de anos, cada um deles desempenha um papel na evolução dos membros pares. O artigo “pode ser um passo importante em direção à resolução final desta questão de longa data”, diz Shigeru Kuratani, morfologista evolucionista do Centro RIKEN para Pesquisa em Dinâmica de Biossistemas, que não esteve envolvido no trabalho.

Cerca de 500 milhões de anos atrás, os vertebrados eram criaturas marinhas sem mandíbula, com cauda, ​​mas sem nadadeiras emparelhadas, e numerosos arcos branquiais emparelhados. Avançando 100 milhões de anos, peixes chamados placodermos nadavam pelos mares, com mandíbulas e um “ombro” primitivo ou cintura peitoral sustentando barbatanas frontais emparelhadas.

Os ictiologistas há muito argumentam que as mandíbulas surgiram do arco branquial mais avançado de um ancestral. Outro arco branquial eventualmente evoluiu para um osso da cabeça chamado hióide. Nos anos 1800, os biólogos sugeriram que a cintura peitoral – que eventualmente deu origem ao ombro humano – veio de outros arcos branquiais.

Outros argumentaram que as barbatanas emparelhadas, bem como suas estruturas de suporte, surgiram de dobras laterais, abas de tecido mole que percorriam o comprimento do corpo de um peixe, representando tecidos do tronco, e não da cabeça. Faz sentido que os braços e as pernas tenham tido origem nestas dobras, mas “o cinto é mais complexo porque tem ligações à cabeça e à sua musculatura”, diz Martin Brazeau, paleontólogo do Imperial College London. “Como você consegue isso é um grande mistério.”

Refletindo sobre isso enquanto passeava com seu cachorro, Brazeau considerou tomografias computadorizadas da caixa craniana de um placoderme chamado Kolymaspis sibirica , coletado há mais de 60 anos na Sibéria. Ele ficou intrigado com um buraco, ou reentrância, na parte de trás da cabeça, em cada lado da caixa craniana, que antes continha cartilagem. Ele se perguntou se aquela cartilagem já esteve ligada a um arco branquial.

Brazeau e seus colegas deram uma nova olhada nos fósseis de placodermes, incluindo um parente próximo de Kolymaspis chamado Brindabellaspis . Eles até voltaram aos desenhos de 1927 do paleozoólogo sueco Erik Helge Osvald Stensiö. Ao comparar a posição do divot em Kolymaspis com outros divots em outros fósseis, os pesquisadores concluíram que ele representa o ponto mais posterior de uma série de pontos de fixação que antes ligavam as caixas cranianas dos vertebrados aos seus arcos branquiais.

Este peixe placoderme de 400 milhões de anos, chamado Kolymaspis sibirica , tinha um crânio longo com um buraco para cartilagem de suporte na parte de trás. MARTIN BRAZEAU

Os placodermos conhecidos têm no máximo cinco arcos branquiais, outros evoluíram para mandíbulas e hióide, de modo que a cintura peitoral deriva do que já foi o sexto arco branquial, conclui a equipe de Brazeau. No início, a cintura peitoral permitiu que os músculos levantadores das guelras abrissem melhor a boca, levando à evolução de diversos sistemas de alimentação dos peixes, diz Brazeau. Mais tarde, evoluiu para suportar barbatanas emparelhadas, que ele concorda terem vindo do tecido do tronco.

O torrão, ou a área que já foi o sexto arco branquial, é um marco anatômico que separa a cabeça do tecido do tronco, dizem Brazeau e seus colegas. Eles encontraram o mesmo marco em outro grupo de peixes extintos, os Osteostracans sem mandíbula. Esses peixes não possuem cabeça e ombros distintos, mas evidências fósseis de vasos sanguíneos mostram que o sistema circulatório da cabeça e do tronco se divide após o sexto arco branquial. Estudos de desenvolvimento em peixes vivos também apoiam a ideia, diz Brazeau, mostrando que um músculo nesta região chamado cucullaris se desenvolve a partir do tecido da cabeça. Nos placodermos, ele acha que a cucullar provavelmente ajudou a controlar a cintura peitoral, servindo como o equivalente ao músculo trapézio humano, que se estende do pescoço, passando pelos ombros e até o meio das costas.

“Há algumas evidências tentadoras neste artigo”, diz William Bemis, morfologista evolucionista da Universidade Cornell. Mas ele adverte que, como “os arcos branquiais não são conhecidos em nenhum destes fósseis, tudo é hipotético”.

Rui Diogo, antropólogo biológico da Howard University, não tem dúvidas. “É interessante ver um fóssil que mostra isso tão claramente, pois temos evidências de outros campos”, diz ele. Estudos embriológicos realizados por ele e outros mostram que o tecido do ombro em muitos vertebrados, incluindo peixes e humanos, se desenvolve a partir do mesmo tipo de tecido da cabeça, enquanto a pélvis, os braços, as mãos, as pernas e os pés se desenvolvem a partir do tecido do tronco, diz ele. . “Independentemente, chegamos à mesma conclusão e este [fóssil] é a evidência direta mais convincente.”