segunda-feira, 27 de julho de 2015

A terceira margem do rio

Matéria orgânica transportada pelo Amazonas viaja por quase 600 quilômetros no Atlântico e chega ao Caribe
PABLO NOGUEIRA | ED. 233 | JULHO 2015
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A cada ano, o rio Amazonas transporta até 27 milhões de toneladas de matéria orgânica terrestre para regiões do Atlântico distantes da costa. São compostos produzidos pelas queimadas e também restos de plantas, animais e seres vivos microscópicos da floresta que chegam ao rio levados pelo vento e pela chuva. As águas do Amazonas se encarregam de lançar todo esse material no oceano, onde serve de alimento para os organismos marinhos. A quantidade de matéria orgânica, estimada agora por pesquisadores brasileiros e norte-americanos, é tamanha e avança tanto mar adentro que surpreendeu os especialistas.

Nesse trabalho, publicado na Global Biogeochemical Cycles, os pesquisadores também analisaram as transformações por que passa a matéria orgânica à medida que a água do rio se mistura à do oceano. Sozinho, o Amazonas responde por 15% a 20% do volume de água doce despejada nos oceanos do planeta. Suspensa ou dissolvida em suas águas, a matéria orgânica coletada na bacia amazônica chega ao Atlântico na altura da ilha de Marajó, no Pará. No oceano, a coluna de água doce (pluma) vinda do rio alcança 600 quilômetros de extensão e até 200 quilômetros de largura. De 2010 a 2012, cerca de 40 pesquisadores realizaram três cruzeiros à América do Sul e coletaram amostras de água em centenas de pontos distribuídos entre Óbidos, no Pará, a 800 quilômetros da foz do rio, e a região de Barbados, já no Atlântico Norte, depois de a pluma do Amazonas viajar por quase 600 quilômetros rumo ao Caribe, empurrada por correntes da costa brasileira. “As pesquisas sobre a pluma e o rio eram feitas separadamente”, conta a oceanógrafa norte-americana Patricia Yager, pesquisadora da Universidade da Geórgia e coordenadora desse projeto, o River-Ocean Continuum of the Amazon (Roca). “O objetivo do Roca é pensar o sistema de forma integrada”, diz.
Usando um espectrômetro de massa de resolução ultraelevada, os pesquisadores identificaram ao menos 4,4 mil compostos orgânicos na pluma do Amazonas. São moléculas formadas por quatro elementos químicos (carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio) que se combinam em proporções variadas. À medida que as águas do rio avançam para o oceano, esses compostos sofrem sucessivas transformações: são degradados por bactérias e outros microrganismos (biodegradação) ou pela luz (fotodegradação) e podem também gerar moléculas mais complexas. Embora ocorram simultaneamente, alguns processos são mais intensos em certos trechos do percurso.

Próximo à foz do Amazonas, bactérias digerem as moléculas orgânicas complexas e reaproveitam açúcares, aminoácidos e lipídeos. Já no oceano algas microscópicas extraem os subprodutos contendo nitrogênio, como aminoácidos e ureia. Passada a plataforma continental, uma faixa de 80 quilômetros a partir da costa, as águas se tornam menos turvas e a luz solar ajuda a degradar compostos orgânicos complexos.

Do complexo ao simples

Essas transformações biológicas e fotoquímicas deixam traços detectáveis nas amostras de água. No material vindo do rio, a proporção de hidrogênio é menor do que a de carbono, indicando que ali as moléculas orgânicas são mais complexas. Nas amostras coletadas no mar, a situação se inverte e a proporção de hidrogênio supera a de carbono, sinal de moléculas orgânicas mais simples, resultado da degradação das complexas.

Esses dados ajudam a entender o que acontece no nível químico e biológico. “A proporção menor de hidrogênio e maior de carbono nos compostos encontrados no rio sugere contribuição de material terrestre, caracterizado pela presença de anéis aromáticos [formados por seis átomos de carbono]”, conta Patricia Yager. Esses anéis, segundo a pesquisadora, são mais difíceis de ser degradados, em especial pelas bactérias marinhas.
Já a proporção de hidrogênio e carbono das amostras de água da pluma coletada no mar indica a presença de compostos alifáticos, formados por longas cadeias abertas de carbono. Esses compostos são indicativos da ação das algas, que, ao realizar fotossíntese, transformam moléculas pequenas de carbono em moléculas maiores, mais fáceis de serem digeridas e fonte de energia para as bactérias marinhas.

Apesar da ação de microrganismos e da luz solar, uma grande quantidade de matéria orgânica terrestre resiste às transformações e viaja muito além da foz do Amazonas. Em períodos de alta descarga, mais de 70% da matéria orgânica terrestre transportada pelo rio é encontrada próximo à Guiana Francesa. Nos períodos mais secos essa proporção diminui para 50%. Convertidos em números absolutos, esses dados sugerem que a pluma do Amazonas lança entre 13 milhões e 21 milhões de toneladas – em algumas ocasiões 27 milhões de toneladas – de matéria orgânica terrestre no Atlântico. “Essas estimativas podem conter vieses, causados pela heterogeneidade da pluma ou por sua vasta extensão”, pondera a oceanógrafa brasileira Patricia Medeiros, primeira autora do artigo da Global Biogeochemical Cycles.

Estudos feitos nos Estados Unidos indicam que 50% do material orgânico terrestre transportado pelo rio Mississipi é degradado perto da costa. “Sabemos que a degradação rápida ocorre no Mississipi e em outros rios. Ficamos surpresos que ela não ocorra no Amazonas”, diz Patricia Medeiros.
A brasileira tem duas hipóteses para explicar como tanta matéria orgânica do Amazonas alcança mar aberto. “Como grande parte da degradação ocorre durante o transporte no próprio rio, é possível que o material que chega ao oceano seja mais resistente”, diz. Outra possível explicação é a velocidade do transporte. Estima-se que no Mississipi o material orgânico demore meses para ir da foz ao mar aberto. No Amazonas, esse percurso é feito em 30 a 60 dias, tempo insuficiente para a degradação da matéria orgânica terrestre.

Artigo científico

MEDEIROS, P. M. et al. Fate of the Amazon River dissolved organic matter in the tropical Atlantic Ocean. Global Biogeochemical Cycles. v. 29, p. 677-90. 25 abr. 2015.

Um enxame ordenado 

Sequenciamento do DNA de abelhas ajuda a decifrar o desenvolvimento desses insetos
RAFAEL GARCIA | ED. 233 | JULHO 2015
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© EDUARDO CESAR
Em Apis mellifera, a abelha produtora do mel comercializado, as tarefas são bem repartidas na colônia
Em Apis mellifera, a abelha produtora do mel comercializado, as tarefas são bem repartidas na colônia.

Alguém que se perder pelo campus da Universidade de São Paulo (USP) de Ribeirão Preto e se deixar atrair pela beleza de um prédio ladeado por quatro espelhos d’água e um arbusto de amor-agarradinho na entrada pode levar um susto. Junto a esse belo jardim há um gramado com uma centena de caixas de madeira apoiadas em pequenos pedestais, como se fossem altares. O curioso que se aproximar um pouco mais vai perceber que entrou no meio de um apiário a céu aberto. É ali, literalmente no meio de uma revoada de abelhas nativas sem ferrão, que os biólogos Zilá Simões, Klaus Hartfelder e Márcia Bitondi tentam entender como a estrutura social e o comportamento desses insetos estão codificados no DNA. As colônias de Apis mellifera (a abelha com ferrão comumente usada na produção de mel) ficam numa área separada, onde não há risco de algum desavisado entrar sozinho.

Os três pesquisadores são o núcleo central do Laboratório de Biologia do Desenvolvimento de Abelhas (LBDA), uma rede de pesquisadores presente em diversas instituições paulistas (ver Pesquisa FAPESP nº 130). O grupo participou dos consórcios que mapearam o genoma da Apis mellifera e mais recentemente o da abelha mandaçaia, a Melipona quadrifasciata, e prepara agora o sequenciamento de uma outra espécie brasileira, a marmelada-amarela (Frieseomelitta varia). Isso sem contar as dezenas de estudos sobre funções específicas de genes de desenvolvimento de abelhas.

Na década que se seguiu à publicação do primeiro genoma de abelhas, em um artigo na revista Nature, em 2006, o grupo passou a se beneficiar do mesmo conjunto de ferramentas que surgiu com o trabalho no genoma humano e que mudou o cenário de pesquisa biomédica. Além de obter a sequência completa do DNA dos insetos, os pesquisadores dispõem agora de ferramentas e know-how para gerar e analisar transcriptomas. O termo é uma referência à análise de genes que estão sendo transcritos – ou seja, ativos na produção de proteínas – em diferentes tecidos das abelhas.

Ao analisar os resultados, os pesquisadores conseguem enxergar a rede de interação entre os genes transcritos, vendo quais influenciam a expressão de outros genes e quais estão ligados a aspectos de interesse. Em um estudo recente, por exemplo, o grupo conseguiu identificar o papel de genes envolvidos no desenvolvimento de abelhas operárias. Essa casta possui nas pernas traseiras uma estrutura específica para transportar pólen, a corbícula, que é ausente em abelhas-rainhas. Como cada larva pode se desenvolver em rainha ou operária, conforme o alimento que recebe, só os transcriptomas revelam como elas se diferenciam. Com técnicas de genômica e bioinformática, os cientistas de Ribeirão Preto conseguiram identificar genes do tipo Hox – que controlam a parte principal do desenvolvimento do corpo –, importantes na formação das corbículas, e descreveram a descoberta em um artigo na revista PLoS One, em 2012. Um desses genes, o Ubx, tinha um nível de expressão 25 vezes maior durante a fase de pupa nas abelhas operárias, em comparação com as rainhas, e se revelou uma chave essencial para a diferenciação de castas.

© JULIANA RAMOS MARTINS
Câmaras nutridoras alimentam ovócito em ovaríolo de rainha...
Câmaras nutridoras alimentam ovócito em ovaríolo de rainha…
Os Hox pertencem a uma grande família de genes muito visada por pesquisadores da biologia do desenvolvimento por determinar quais estruturas do corpo derivam de cada segmento de um embrião. Em alguns casos, porém, é preciso olhar partes mais sutis do genoma para entender como as funções são distribuídas em uma colônia. Em um estudo subsequente publicado no mesmo periódico, em 2013, Hartfelder e colaboradores descrevem algumas sequências reguladoras, chamadas RNAs não codificadores longos, que influenciam o tamanho dos ovários das abelhas. Essas moléculas, junto com microRNAs, são peças-chave no processo de diferenciação de castas, por exemplo por provocarem a destruição de muitas células dos ovários de operárias. Isso faz com que o sistema reprodutivo das rainhas seja muito maior, característica fundamental para a produção constante de ovos.

Transcriptomas

Com o objetivo de fazer esse tipo de estudo, o LBDA já conseguiu produzir com seus colaboradores mais de 100 transcriptomas de diferentes tecidos do inseto, em diferentes momentos da vida. O desafio é entender em detalhes como o desenvolvimento de castas está programado no DNA e é desencadeado pela dieta – notavelmente, as abelhas-rainhas são alimentadas com mais geleia real do que as operárias em momentos-chave de seu desenvolvimento.

E não é de hoje que a compreensão do desenvolvimento das abelhas é considerada um desafio. A organização desses insetos contraria um princípio da biologia segundo o qual a evolução não é capaz de criar animais longevos que tenham também alta taxa de reprodução. Seria preciso abrir mão de uma característica em prol da outra. A abelha-rainha, porém, vive tipicamente mais que um ano (muito para um inseto) e tem alta taxa de reprodução, chegando a botar até meio milhão de ovos ao longo da vida. Isso é possível graças à divisão de funções com as abelhas operárias, que vivem algo em torno de um mês sem se reproduzir.
Esse tipo marcante de divisão de trabalho na colônia foi o alvo de um estudo internacional do qual o LBDA fez parte – principal motivo pelo qual o laboratório de Ribeirão Preto analisou o DNA da mandaçaia. Existe um espectro de socialização quando se analisam todas as espécies de abelhas, algumas com divisão de castas mais acentuada (eussociais), enquanto na maioria as fêmeas vivem solitárias. O grupo comparou os genomas de 10 tipos diferentes de abelhas e descobriu que quanto mais eussocial e hierarquizada é uma espécie, mais sequências reguladoras de genes existem no DNA, conforme mostra artigo publicado no mês passado na Science. No caso de Apis mellifera, quando a rainha morre, as operárias produzem outra rainha, alimentando uma larva com geleia real. Em espécies menos eussociais, operárias chegam a competir com a rainha pela reprodução, enquanto nas espécies não sociais todas as fêmeas se reproduzem. Na mandaçaia, uma abelha nativa altamente social, a divisão de funções é muito clara, mas as operárias participam da reprodução da colônia produzindo machos.
A rede de interação entre esses trechos de DNA – que não contêm propriamente receitas de proteínas, mas influenciam a atividade de outros trechos – é tão abundante que Zilá já aposta na criação de um novo termo para defini-la: reguloma. “Essa palavra ainda não é usada, mas o estudo disso na prática já começou a ser feito”, diz a cientista.
© JULIANA RAMOS MARTINS
... e musculatura (em vermelho) cobre intestino de operária
… e musculatura (em vermelho) cobre intestino de operária. Em azul, os núcleos das células
Bioinformática
Dominadas as ferramentas de genômica, a quantidade de informações geradas pelos pesquisadores do LBDA é tão grande que não é mais possível trabalhar da mesma forma que antes. O que laboratórios de ponta de biologia de abelhas estão fazendo hoje é essencialmente aquilo que o geneticista americano Eric Lander (um dos pais do Projeto Genoma Humano) chamou de “fazer ciência sem partir de hipóteses”, deixando muitos biólogos contrariados. Com a genômica, os cientistas podem olhar para o funcionamento molecular de um organismo sem precisar de concepção inicial sobre qual gene faz o quê, escolhendo os genes a serem estudados por meio de algoritmos que analisam as redes de interação entre eles.
Não está claro se a metodologia da genômica é fundamentalmente diferente de outras áreas da ciência, mas certamente a maneira de trabalhar dos geneticistas mudou muito. “Uma das peças fundamentais hoje é ter bons bioinformatas, não vivemos mais sem eles”, diz Márcia. “E um laboratório sozinho não consegue fazer isso. É preciso congregar a expertise de vários laboratórios.”
Na USP de Ribeirão Preto, a demanda por esse tipo de pesquisador foi suprida por projetos de pós-graduação com parte do treinamento dada no próprio Departamento de Genética, mas o conhecimento de ciência da computação teve de ser buscado fora. Assim foi a trajetória de Daniel Guariz Pinheiro, graduado no Instituto de Matemática e Estatística (IME) da USP, que fez um estágio de pós-doutorado no Departamento de Genética de Ribeirão. Hoje ele é professor na Unesp de Jaboticabal e o principal bioinformata na rede de colaboração do LBDA.
Além de trabalhar nos transcriptomas, uma das funções do bioinformata é organizar os genomas que são usados como base dos estudos, porque as máquinas de sequenciamento obtêm fragmentos de DNA que precisam ser enfileirados de maneira correta. “A bioinformática entra então para montar esse quebra-cabeça, ligando as partes para que se obtenha a sequência genômica completa”, diz Guariz, que atuou no trabalho publicado na Science. “Já estamos em mais de 99%, especialmente no caso da Apis mellifera.
Um dos trabalhos de destaque com participação dos cientistas do LBDA foi uma colaboração internacional liderada pela Universidade de Uppsala, na Suécia, para o qual foram sequenciados genomas de 140 abelhas melíferas ao redor do mundo, pertencentes a diferentes populações. O mapa da diversidade genética da Apis mellifera, publicado em 2014 na revista Nature Genetics, sugere uma origem diferente para a espécie. Acreditava-se que ela teria surgido na África, mas o estudo aponta para uma dispersão a partir da Ásia, local onde também vivem hoje as outras abelhas do gênero Apis.
Intervenção
Nem só de trabalho no computador vivem os biólogos de Ribeirão Preto, porém. Uma de suas atividades essenciais é fazer experimentos para comprovar hipóteses levantadas pela genômica. Usando uma técnica chamada de interferência de RNA, os pesquisadores do LBDA conseguem desligar a expressão de genes específicos em abelhas para estudar sua funcionalidade.
Esse tipo de pesquisa básica também tem implicações práticas, com as reduções acentuadas das populações de diversas espécies de abelhas nas quais viroses e pesticidas são apontados como os principais culpados. Além do impacto ecológico desses fatores que ainda vêm sendo estudados, é preciso considerar os prejuízos para a agricultura de frutas, grãos e outras plantas que dependem de abelhas para polinização (ver texto ao lado). Duas espécies cujos genomas foram recentemente sequenciados e analisados com participação do LBDA são abelhas do gênero Bombus, o mesmo das mamangavas brasileiras, de alta importância para serviços ambientais de polinização. O resultado do trabalho foi publicado em junho na revista Genome Biology. Os pesquisadores descobriram que as Bombus, cuja socialidade é muito menos complexa, têm muitos genes que se acreditava exclusivos de Apis. O padrão de expressão de RNAs se mostrou marcadamente diferente entre esses dois gêneros, porém, reforçando a ideia de que é no reguloma que está a chave para entender o comportamento desses animais.
Para encontrar a melhor forma de lidar com as reduções de populações de abelha, dizem os pesquisadores, a pesquisa genômica poderá prover auxílio em suas três esferas: comparando espécies de abelhas, colônias de uma mesma espécie e indivíduos de uma mesma colônia (esta última por meio do estudo de transcriptomas). O grupo de Ribeirão Preto desenvolveu a expertise para trabalhar de todas essas formas.
© LÉO RAMOS
Scaptotrigona em flores de açaí, no Pará
Scaptotrigona em flores de açaí, no Pará
Polinização por abelhas sustenta US$ 12 bilhões da agricultura brasileira
Há pelo menos duas décadas, os números de colmeias em diversas regiões do mundo têm sofrido reduções. O fenômeno, que ganhou o nome de Distúrbio do Colapso de Colônias (ou CCD, na sigla em inglês), é muito bem documentado na Europa e na América do Norte, onde há encolhimento de populações da ordem de até 50%, mas ainda pouco estudado no Brasil (ver Pesquisa FAPESP nº 137). O risco de a agricultura nacional sofrer grandes perdas com a falta de insetos para polinização, porém, é real, mostra um estudo recente liderado pela bióloga Tereza Cristina Giannini, da USP.
Ao lado de colegas da USP e da Universidade Federal do Ceará, ela analisou 141 plantas da agricultura brasileira e constatou que 85 delas dependem em algum grau da polinização por abelhas. O trabalho, publicado em maio na Journal of Economic Entomology estima que a receita dos cultivares que dependem de polinizadores cairia em 30%
(US$ 12 bilhões) se esses insetos sumissem do país. Metade desse valor se refere às plantações de soja. Café, tomate, algodão, cacau e laranja também poderiam ser grandemente afetados.
Mesmo entre os vegetais que não dependem totalmente de polinização cruzada, a transferência de pólen entre plantas diferentes afeta a qualidade dos frutos. “Aqui no Brasil, existe um trabalho muito consistente demostrando isso em morangos”, diz Tereza Cristina. “Os frutos ficam mais bem formados quando são polinizados por abelhas. Quando a polinização não ocorre, a polpa não cresce adequadamente e compromete a formação do morango.”
Agricultores brasileiros, porém, não têm ainda muita consciência da importância desses insetos além da produção de mel. É comum no meio agropecuário a noção de que a presença de abelhas é um serviço ambiental importante, mas mesmo assim poucos investem em manter colmeias para polinizar plantações. “O serviço de polinização oferecido pelas abelhas, porém, tem um valor muito superior ao dos conhecidos produtos da colmeia”, diz a bióloga.
No hemisfério Norte, várias causas têm sido apontadas para o CCD. As principais são o uso de inseticidas, a emergência de patógenos, a perda e a fragmentação de hábitat, as mudanças de clima, o manejo inadequado e a competição com espécies exóticas. No Brasil, porém, não se sabe ainda quais desses fatores representam maior ameaça.
Muitas das culturas estudadas pelo grupo de Tereza Cristina têm a Apis mellifera como polinizadora, mas também se destacam as abelhas sem ferrão, as abelhas solitárias do gênero Centris e as abelhas carpinteiras e mamangavas(Xylocopa e Bombus). Segundo Tereza Cristina, existe uma “necessidade urgente” de produção de pesquisas em biologia reprodutiva de plantas e insetos para entender a extensão do problema no país.

Projeto

Análise causal do desenvolvimento de Apis mellifera – genes reguladores e redes hierárquicas de expressão gênica na especificação de tecidos e órgãos (nº 2011/03171-5); Modalidade Projeto Temático; Pesquisadora responsável Zilá Luz Paulino Simões (FFCLRP-USP); Investimento R$ 1.029.830,00 (FAPESP).

Artigos científicos

WALLBERG, A. et al. A worldwide survey of genome sequence variation provides insight into the evolutionary history of the honeybee Apis mellifera. Nature Genetics. v. 46, n. 10, p. 1081-8. out. 2014

SADD, B. M. et al. The genomes of two key bumblebee species with primitive eusocial organization. Genome Biology. v. 16, n. 76. 24 abr. 2015.

GIANNINI, T. C. et al. The dependence of crops for pollinators and the economic value of pollination in Brazil. Journal of Economic Entomology. v. 108, n. 3, p. 1-9. 1º jun. 2015.

KAPHEIM, K. M. et al. Genomic signatures of evolutionary transitions from solitary to group living. Science. v. 348, n. 6239, p. 1139-43. 5 jun. 2015.


As novas faces do câncer 

Aumenta a frequência de casos de tumores de cabeça e pescoço causados pelo HPV, transmitido por contato sexual, em pessoas jovens e não fumantes 

RODRIGO DE OLIVEIRA ANDRADE | ED. 233 | JULHO 2015
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Antes mais comuns em homens com mais de 50 anos, fumantes e consumidores contumazes de bebidas alcoólicas, os tumores de língua, céu da boca, faringe, laringe e amígdala, genericamente chamados de tumores de cabeça e pescoço, estão aparecendo em pessoas mais jovens, entre 30 e 45 anos, que não fumam e não bebem ou bebem pouco. Médicos e pesquisadores concluíram que o papilomavírus humano, o HPV, microrganismo geralmente encontrado em qualquer pessoa em algum momento da vida, deve ser o causador de infecções que facilitam a formação desses tumores. Se há 10 anos o HPV respondia por 25% dos casos de câncer de amígdala, um dos mais frequentes nessa região, hoje está associado a 80% desses tumores, de acordo com estudos recentes realizados por especialistas do A.C. Camargo Cancer Center, em São Paulo, e reiterados por outros grupos de pesquisa.

Antes desses trabalhos, o HPV era mais conhecido como o principal agente causador de verrugas genitais e de câncer de colo do útero – o terceiro tipo de tumor mais comum em mulheres, depois do de mama e cólon e reto – e, raramente, de tumores de pênis e ânus, este último mais frequente em homossexuais e bissexuais. O fato de agora estar sendo associado a tumores na região da cabeça e do pescoço se deve possivelmente ao mesmo motivo: práticas sexuais, nesses casos principalmente sexo oral, sem proteção e com muitos parceiros. Mesmo o uso de preservativo pode não ser suficiente para evitar a contaminação, alertam os especialistas. O HPV é transmitido pelo contato direto com a pele infectada e, muitas vezes, pode se esconder em áreas não cobertas pela camisinha, como na bolsa escrotal. “A falta de higiene íntima e bucal aumenta o risco de transmissão do vírus e de desenvolvimento de tumores, sobretudo os de amígdala, orofaringe (parte da garganta logo atrás da boca) e língua”, diz o cirurgião Luiz Paulo Kowalski, diretor do Núcleo de Cabeça e Pescoço do A.C. Camargo.

Os tumores de cabeça e pescoço são o sexto grupo de câncer mais comum no mundo, originando cerca de 650 mil novos casos todos os anos. No Brasil, 32.130 pessoas foram diagnosticadas com algum desses tipos de câncer em 2014, segundo o Instituto Nacional do Câncer, no Rio de Janeiro. O câncer nessas regiões do corpo costuma ser devastador porque implica transformações em uma área muito visível, o rosto, diretamente associado à identidade de cada pessoa. Muitas vezes, como parte do tratamento, é preciso remover a língua e outras partes da boca e da garganta tomadas pelos tumores. Como consequência da cirurgia, as pessoas costumam ter dificuldade para comer, falar e respirar.

© DESENHO REPRODUÇÃO DE ESTUDOS DE CABEÇA DE LEONARDO DA VINCI / LÂMINA LÉO RAMOS
Os primeiros sintomas que indicam a formação de tumores são pequenas feridas que sangram facilmente e crescem até chegar à musculatura e aos nervos, então causando dor. “Cerca de 80% das pessoas diagnosticadas com câncer de cabeça e pescoço em São Paulo têm tumores em estágio avançado porque não deram atenção aos primeiros sintomas, que são indolores”, diz Kowalski. Segundo ele, a dificuldade para mastigar e engolir, movimentar a língua ou a mandíbula são sintomas tardios. Nesses casos, as consequências são mais dramáticas: “Às vezes é preciso remover metade ou até mesmo toda a língua ou as cordas vocais”.

Muitos pacientes em tratamento entram em depressão. “Alguns não veem mais sentido na vida e precisam de acompanhamento psicológico”, diz a psicóloga Mariana Meloni, que há quatro anos coordena reuniões com pessoas com tumores de cabeça e pescoço prestes a serem operadas no Instituto do Câncer do Estado de São Paulo (Icesp). “O fato de terem de abrir mão de antigos hábitos, frequentemente associados à bebida e ao cigarro, e de não poderem voltar a trabalhar ou até mesmo se alimentar sozinhas faz com que se sintam como se tivessem perdido o controle de suas vidas.”

Além da necessidade de redesenhar a vida, emerge o sentimento de culpa, como descreveu a escritora norte-americana Susan Sontag no ensaio Doença como metáfora (1978), antes de ela própria morrer de câncer, em 2004, aos 71 anos: “O mito que ronda o câncer sugere que a pessoa é responsável por sua própria doença, sendo o câncer, então, visto como sinônimo de fracasso”. E mais adiante: “Tratar o câncer como um inimigo demoníaco faz dele não só uma doença letal, mas uma doença vergonhosa”.
© LÉO RAMOS
Não há estimativas concretas sobre o número de casos de tumores de cabeça e pescoço causados pelo HPV no país. Nos Estados Unidos, estima-se que 42.440 casos de tumores desse tipo tenham sido registrados em 2014, sendo 14.410 apenas de orofaringe, dos quais, calcula-se, 9 mil foram causados pelo vírus em homens e 2 mil em mulheres jovens, de acordo com a American Cancer Society. “Esses dados reforçam a hipótese de que o número de casos de tumores causados pelo HPV nessa parte do corpo deve superar os provocados pelo álcool e pelo cigarro até 2020 nos Estados Unidos”, diz Kowalski. “O Brasil provavelmente seguirá a mesma tendência.”

Os primeiros sinais de que pessoas mais jovens, não fumantes e de boa saúde – alguns atletas, inclusive – estavam tendo mais tumores de cabeça e pescoço foram percebidos nos Estados Unidos a partir da década de 2000, mudando o perfil epidemiológico da década anterior, associado a pessoas com mais de 50 anos que bebiam e fumavam assiduamente. Kowalski detectou essas mudanças no Brasil em 2011, quando, com sua equipe, comparou as análises moleculares de 114 amostras de tumores de boca de dois grupos de pessoas tratadas no A.C. Camargo: um formado por indivíduos com idade entre 30 e 45 anos, que não fumavam nem bebiam, e outro com pessoas com mais de 50 anos que fumavam e bebiam antes de terem a doença. Kowalski encontrou trechos do DNA do HPV em 68,2% das 47 amostras do grupo mais jovem e em 19,2% das 67 amostras do grupo que fumava e bebia, conforme descreveu em um artigo publicado em 2012 no International Journal of Cancer.
Álcool, cigarro e HPV
Os médicos do A.C. Camargo observaram que as pessoas mais jovens, cujo câncer estava associado ao HPV, respondiam melhor ao tratamento e apresentavam melhores taxas de sobrevida do que as com mais idade, cujos tumores eram em geral mais agressivos e resistentes. Segundo Kowalski, essas diferenças poderiam resultar do fato de os pacientes mais jovens serem mais saudáveis por não beberem nem fumarem. “Pessoas com tumores causados pelo álcool e pelo tabaco, além de terem mais idade, costumam sofrer de problemas pulmonares e cardiovasculares, e o diagnóstico geralmente é feito quando os tumores estão em um estágio mais avançado, o que dificulta o tratamento”, diz Kowalski. Em julho, ele presidirá a quinta edição do Congresso Mundial da Academia Internacional de Câncer Oral, realizado pela primeira vez no Brasil, que reunirá profissionais de diversas áreas para discutir estratégias que estimulem a prevenção e o diagnóstico precoce desses tumores.
Mesmo que existam sinais de que os tumores de cabeça e pescoço causados pelo HPV se comportem de modo diferente, eles são combatidos do mesmo modo, com químio e radioterapia e cirurgia, muitas vezes com sucesso, como no caso do ex-presidente Luiz Inácio Lula da Silva, acometido por um câncer na laringe, sem vinculação ao HPV, em 2011. Em outros casos, o tratamento pode não ser suficiente para conter a doença. Um dos criadores da psicanálise, Sigmund Freud morreu em 1939 em decorrência de um câncer de boca, contra o qual lutou por 16 anos, tendo substituído quase toda a mandíbula por próteses. Freud fumou até morrer, aos 83 anos.
Rossana López, pesquisadora do Icesp, encontrou outro indício de que o HPV pode ser a causa de tumores nessa região. Em 2011, ela avaliou a prevalência de infecções pelo vírus em 1.475 pessoas com câncer de cabeça e pescoço usando dados de dois estudos. O primeiro foi feito de 1998 a 2003 pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (Iarc) em cinco cidades brasileiras, embora ela tenha usado dados apenas de Goiânia, Rio de Janeiro e São Paulo, para restringir a amostra e poder compará-la com dados do segundo estudo, realizado entre 2003 e 2010 por uma rede internacional de pesquisa, o projeto Genoma do Câncer de Cabeça e Pescoço (Gencapo), de São Paulo. Por meio de análises de amostras dos tecidos com tumores, Rossana verificou que a prevalência do HPV do tipo 16, uma das 200 variedades conhecidas, aumentou de 1% entre os casos do estudo mais antigo, do final da década de 1990, para 6,7% no mais recente, dos anos 2000. Ela também identificou anticorpos contra o HPV-16 em 55% das amostras do estudo da Iarc e em 72% das do Gencapo.
Batalha interna
As pessoas infectadas, porém, nem sempre produzem anticorpos contra o vírus, verificou Luisa Villa, coordenadora do Instituto de Ciência e Tecnologia para o Estudo das Doenças Associadas ao HPV e pesquisadora do Centro de Medicina Nuclear do Departamento de Radiologia e Oncologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FM-USP), que colabora com a equipe do A.C. Camargo. Um dos estudos de seu grupo indicou que apenas 50% das mulheres e 10% dos homens infectados produziram anticorpos específicos contra o vírus. “Sete em cada 10 mulheres pode contrair o HPV em algum momento da vida”, diz José Eduardo Levi, do Instituto de Medicina Tropical (IMT) da USP. “O organismo da maioria delas consegue eliminar o vírus, enquanto o dos homens, não”, explica. Por esse motivo é que as mulheres podem readquirir o vírus, mesmo depois de já tê-lo eliminado várias vezes, ao serem reinfectadas por seus parceiros. Uma estratégia adotada no Brasil para evitar o contágio e reinfecções pelo HPV-16 tem sido a vacinação de meninas a partir dos 9 anos de idade (ver Pesquisa FAPESP nº 157). No entanto, para o controle mais eficiente da disseminação do HPV, ressalta Villa, seria preciso levar em consideração também os homens. “Se não os incluirmos nesse processo, é possível que a mesma mulher, depois de ter eliminado o vírus, volte a se infectar.”
Em estudos realizados no Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP em 2013, uma substância candidata a vacina experimental de DNA fez as células de defesa de camundongos identificar e eliminar células de tumores causados pelo HPV-16. A vacina experimental age após a infecção causada pelo vírus – diferentemente das vacinas tradicionais, exclusivamente preventivas –, ativando células (linfócitos T CD8) que identificam esses sinais e lançam proteínas tóxicas que matam as células infectadas.
A ideia de que microrganismos podem causar câncer é antiga. Em 1901, o médico francês Eugène-Louis Doyen anunciou à Academia de Medicina de Paris, França, que havia isolado o microrganismo responsável pela doença: o Micrococcus neoformans. Não demorou para se verificar que ele estava equivocado. Quase 10 anos depois, no Instituto Rockefeller, em Nova York, o virologista Francis Peyton Rous, ao transplantar o tumor de uma galinha para outra, saudável, concluiu que tumores seriam causados por um minúsculo parasita. Nesse caso, ele estava certo. Sabe-se hoje que vírus como o Epstein-Barr e bactérias como a Helicobacter pylori são responsáveis por 15% do total dos casos de câncer. No caso do HPV, calcula-se que pelo menos metade das pessoas sexualmente ativas abrigue no mínimo uma das 200 variedades conhecidas do vírus, mas isso não quer dizer que o contágio evoluirá para um câncer. Algumas variedades de HPV são inofensivas e causam apenas saliências facilmente confundidas com verrugas. Os estudos da equipe de Levi sugerem que o HPV se aloja preferencialmente na base da língua e nas amígdalas. O vírus pode favorecer a formação de tumores ao interagir com genes das células humanas e inativar o processo de produção da proteína p53, a principal responsável pelo reparo do DNA. “Se o HPV inativa a p53, as células começam a se multiplicar descontroladamente”, diz ele. Uma estratégia para deter o vírus e a formação de células anormais seria, portanto, restaurar e fortalecer a ação da p53. Uma molécula conhecida como P-Mapa, desenvolvida pela rede de pesquisa Farmabrasilis, que conta com pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), da USP e de universidades dos Estados Unidos – com apoio da FAPESP –, conseguiu restaurar a atividade da proteína p53 em ratos com câncer de bexiga urinária induzido, de acordo com um estudo publicado em 2012 na Infectious Agents and Cancer. Em testes em laboratório, a molécula mostrou-se capaz de reduzir em 95% os tumores desses animais, por meio da ativação de receptores celulares do sistema imune inato (receptores toll-like), favorecendo também a produção de um tipo de proteína que bloqueia o processo que leva à formação de vasos sanguíneos que nutrem os tumores e os ajudam a se espalhar por outros tecidos.

Um teste molecular não invasivo desenvolvido por pesquisadores e médicos da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), do A.C. Camargo e do Hospital do Câncer de Barretos talvez possa ajudar na detecção precoce do risco de reaparecimento de tumores de cabeça e pescoço, em pessoas que já os tiveram, antes dos primeiros sinais clínicos, ampliando a eficácia do tratamento.

O teste consiste no exame molecular de células epiteliais encontradas na saliva. O DNA dessas células é extraído e se avalia se genes supressores de tumores apresentam um tipo específico de alteração, a hipermetilação. Pessoas cujos genes supressores sofreram essa alteração apresentaram um risco cinco vezes maior de reaparecimento dos tumores de cabeça e pescoço do que as pessoas cujos genes estavam inalterados. Os pesquisadores acreditam que o teste poderia ser usado também para identificar alterações genéticas prejudiciais em quem não teve a doença para saber se há risco de desenvolvê-la.

Projetos

1. Instituto de Ciência e Tecnologia para o Estudo das Doenças Associadas ao Papilomavírus (nº 2008/57889-1); Modalidade Projeto Temático; Pesquisadora responsável Luisa Lina Villa (FM-USP); Investimento R$ 4.949.181,38 (FAPESP).

2. Aspectos clinicopatológicos e moleculares do carcinoma epidermoide bucal em pacientes com idade menor ou igual a 40 anos (nº 2007/56117-2); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Pesquisador responsável Luiz Paulo Kowalski (Hospital A.C. Camargo); Investimento R$ 224.989,95 (FAPESP).

3. Fatores ambientais, clínicos, histopatológicos e moleculares associados ao desenvolvimento e ao prognóstico de carcinomas epidermoides de cabeça e pescoço (nº 2010/51168-0); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Temático; Pesquisadora responsável Eloiza Helena Tajara da Silva (Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto); Investimento R$ 1.644.520,00 (FAPESP).

Artigos científicos

LOPEZ, R. M. et al. Human papillomavirus (HPV) 16 and the prognosis of head and neck cancer in a geographical region with a low prevalence of HPV infection. Cancer Causes and Control. v. 25, n. 4, p. 461-71. 2014.

BETIOL, J., VILLA, L. L. e SICHERO, L. Impact of HPV infection on the development of head and neck cancer. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. v. 46, n. 3, p. 217-26. mar. 2013.

FÁVARO, W. J. et al. Effects of P-Mapa immunomodulator on toll-like receptors and p53: Potential therapeutic strategies for infectious diseases and cancer. Infectious Agents and Cancer. v. 7, n. 1. jun. 2012.

KAMINAGAKURA, E. et al. High-risk human papillomavirus in oral squamous cell carcinoma of young patients. International Journal of Cancer. v. 130, n. 8, p. 1726-32. abr. 2012.

RIBEIRO, K. B. et al. Low human papillomavirus prevalence in head and neck cancer: results from two large case-control studies in high-incidence regions. International Journal of Epidemiology. v. 40, n. 2, p. 489-502. abr. 2011.

5 coisas surpreendentes sobre missão da Nasa a Plutão

  • 27 julho 2015
Visita histórica da sonda promete revelar detalhes do último dos planetas 'clássicos' ainda não explorados
Após uma espera de nove anos e meio, uma das missões mais ambiciosas da exploração espacial deve cumprir seu objetivo.
Essa manhã, às 11h49 GMT (7h49 no horário de Brasília), a sonda New Horizons, da Nasa, se tornará a primeira a visitar Plutão.

A expectativa é a de que essa viagem ao planeta anão possa oferecer uma visão mais completa de uma região completamente inexplorada do nosso Sistema Solar.

Na véspera, uma medição feita pela sonda não-tripulada revelou que Plutão é um pouco maior do que se pensava, com um diâmetro de 2.370 km – quase a distância entre São Paulo (SP) e Maceió (AL).
Veja outras cinco informações que fazem dessa uma missão espacial sem precedentes.


1. Por que vale a pena viajar a Plutão?

Para começar, esse é o último dos nove planetas "clássicos" a ser visitado por uma missão espacial. Ainda que, em 2006, Plutão tenha sido rebaixado de planeta para a categoria inferior de planeta anão, esse enigmático habitante dos confins gélidos do Sistema Solar tem muito a dizer.
Sonda já ajudou a responder uma das perguntas mais básicas sobre o planeta anão, seu tamanho
Se espera que Plutão, que orbita a uma distância ao cerca de 5,9 bilhões de quilômetros do Sol, ofereça uma visão mais completa de uma região completamente inexplorada do nosso sistema.
Ela é tão distante que nem mesmo o telescópio Hubble conseguiu obter detalhes desse corpo celeste descoberto em 1930.

2. O que essa missão espera descobrir?

Em seu ponto mais próximo, a New Horizons estará a cerca de 12.500 quilômetros da superfície de plutão.
Suas fotos revelarão se há elevações e depressões profundas em sua superfície ou se sua topografia é mais ondulada.
A sonda detectou sinais de uma capa polar. Plutão é tão frio que o nitrogênio que respiramos na Terra existe ali em forma de gelo, mas é possível que uma tênue atmosfera de nitrogênio envolva o planeta.
Se isso se comprovar, a sonda resgatará uma amostra e medirá o quanto o planeta anão está liberando ao espaço.
A expedição também poderá revelar a presença de outras substâncias químicas: ainda que o neon seja um gás na Terra, pode se encontrar de forma líquida em Plutão, quem sabe até mesmo fluindo em rios sobre a superfície.
Na atmosfera, o nitrogênio poderia cair como se fosse neve. Outra pergunta feita pelos cientistas é por que muda tanto o brilho de Plutão, muito mais do que qualquer outro planeta. Um olhar mais próximo pode revelar características planetárias nunca vistas.
E, por último, espera-se obter mais informações sobre Caronte, a maior lua de Plutão e de seus outros quatro satélites: Estigia, Nix, Cerberos e Hidra.

3. O que a sonda está fazendo exatamente?

A sonda não vai pousar em Plutão, vai apenas sobrevoá-lo a uma velocidade de 50 mil quilômetros por hora – a maior velocidade já alcançada por uma sonda espacial.
Ela terá apenas algumas horas para tirar fotos e fazer medições. Como há uma demora de cerca de quatro horas e meia até que o sinal chegue a Plutão, as instruções da sonda estão pré-programadas.
Uma vez que esteja no endereço correto, terá início uma sequência automática para se tomar medidas.
A sonda enviará à Terra imagens de Plutão em alta definição, mas essa informação vai demorar a chegar até nós. Se tudo sair como está previsto, as primeiras imagens chegarão na madrugada de quarta-feira. No total, levará 16 meses até que toda a informação arrecadada durante a missão chegue à Terra.
Depois de passar por Plutão, a sonda continuará sua viagem até um objeto menor do cinturão de Kuiper. O tempo estimado para chegar nessa área é de quatro anos.

4. O que a sonda leva a bordo?

A sonda conta com sete instrumentos que não apenas servem para investigar detalhes do planeta – como do que é feita a atmosfera -, mas também servem de backup caso haja falhas.
Além do mais, a sonda leva uma grande quantidade de "coisas inúteis", segundo Jim Green, diretor de Ciências Planetária da Nasa.
Parte das cinzas de Clyde Tombaugh, que descobriu Plutão, em 1930, está a bordo da sonda
Na lista, há coisas como um CD com o nome de 434 mil pessoas que responderam a um pedido de "Envie seu nome para Plutão", além de algumas moedas e um selo americano de 1991 onde se lê "Plutão: ainda inexplorado".
O mais curioso, no entanto, talvez seja uma urna com cinzas de Clyde Tombaugh, o homem que descobriu a existência de Plutão, há 85 anos.

5. Qual a possibilidade de a missão fracassar?

Se se deparar com as nuvens de partículas geradas por impactos com as luas de Plutão, isso pode danificar a nave. Por essa razão, a sonda enviará dados à medida que se aproxima do planeta.
Assim, os cientistas terão o que analisar se a sonda for afetada de alguma maneira. Mas a verdade é que isso é muito pouco provável, segundo a equipe responsável pela missão.
Em todo caso, a sonda foi criada para ter um nível elevado de autonomia. Em caso de problemas, ela tem a capacidade de se recuperar e seguir adiante com a missão.

Fonte: http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2015/07/150714_nasa_plutao_mdb

sábado, 25 de julho de 2015

TEORIA EM CONSTRUÇÃO

Publicado em 25 de jul de 2015.
 
Empenhados em entender a evolução dos mamíferos, os biólogos Gabriel Marroig e Diogo Melo, do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP), explicam que as características de um animal se associam em conjuntos de funções ligadas entre si, ou módulos, como a mandíbula e a maxila: as duas “peças” devem trabalhar juntas no processo de mastigação. Veja no vídeo produzido pela equipe de Pesquisa FAPESP como esses módulos funcionam e como eles podem se reorganizar em resposta à seleção natural.

Saiba mais na reportagem:
http://revistapesquisa.fapesp.br/2015...

sexta-feira, 24 de julho de 2015

A newly-identified species of spike-covered worm with legs, which lived 500 million years ago, was one of the first animals on Earth to develop armour for protection.

Collins’ Monster sort of looks like Hallucigenia on steroids
Javier Ortega-Hernández
A new species of ‘super-armoured’ worm, a bizarre, spike-covered creature which ate by filtering nutrients out of seawater with its feather-like front legs, has been identified by palaeontologists. The creature, which lived about half a billion years ago, was one of the first animals on Earth to develop armour to protect itself from predators and to use such a specialised mode of feeding.
The creature, belonging to a poorly understood group of early animals, is also a prime example of the broad variety of form and function seen in the early evolutionary history of a modern group of animals that, today, are rather homogenous. The results, from researchers at the University of Cambridge and Yunnan University in China, are published today (29 June) in the journal PNAS.
The creature has been named Collinsium ciliosum, or Hairy Collins’ Monster, named for the palaeontologist Desmond Collins, who discovered and first illustrated a similar Canadian fossil in the 1980s. The newly-identified species lived in what is now China during the Cambrian explosion, a period of rapid evolutionary development around half a billion years ago, when most major animal groups first appear in the fossil record.

A detailed analysis of its form and evolutionary relationships indicates that the Chinese Collins’ Monster is a distant early ancestor of modern velvet worms, or onychophorans, a small group of squishy animals resembling legged worms that live primarily in tropical forests around the world.
“Modern velvet worms are all pretty similar in terms of their general body organisation and not that exciting in terms of their lifestyle,” said Dr Javier Ortega-Hernández of Cambridge’s Department of Earth Sciences, one of the paper’s lead authors. “But during the Cambrian, the distant relatives of velvet worms were stunningly diverse and came in a surprising variety of bizarre shapes and sizes.”

The pattern of diverse ancestors leading to relatively unvaried modern relatives has been observed in other groups in the fossil record, including sea lilies (crinoids) and lamp shells (brachiopods). However, this is the first time that this evolutionary pattern has been observed in a mostly soft-bodied group.
Ortega-Hernández and his colleagues identified a remarkably well-preserved fossil from southern China, which included details of the full body organisation, the digestive tract, even down to a delicate coat of hair-like structures on the front end. Their analysis found it to be a new species – an eccentric ancestor of an otherwise straight-laced group.

The Chinese Collins’ Monster had a soft and squishy body, six pairs of feather-like front legs, and nine pairs of rear legs ending in claws. Since the clawed rear legs were not well-suited for walking along the muddy ocean floor, it is likely that Collinsium eked out an existence by clinging onto sponges or other hard substances by its back claws, while sieving out its food with its feathery front legs. Some modern animals, including bamboo shrimp, feed in a similar way, capturing passing nutrients with their fan-like forearms.
Given its sedentary lifestyle and soft body, the Chinese Collins’ Monster would have been a sitting duck for any predators, so it developed an impressive defence mechanism: as many as 72 sharp and pointy spikes of various sizes covering its body, making it one of the earliest soft-bodied animals to develop armour for protection.
The Chinese Collins’ Monster resembles Hallucigenia, another otherworldly Cambrian fossil, albeit one which has been the subject of much more study.
“Both creatures are lobopodians, or legged worms, but the Collins’ Monster sort of looks like Hallucigenia on steroids,” said Ortega-Hernández. “It had much heavier armour protecting its body, with up to five pointy spines per pair of legs, as opposed to Hallucigenia’s two. Unlike Hallucigenia, the limbs at the front of Collins’ Monster’s body were also covered with fine brushes or bristles that were used for a specialised type of feeding from the water column.”
The spines along Collinsium’s back had a cone-in-cone construction, similar to Russian nesting dolls. This same construction has also been observed in the closely-related Hallucigenia and the claws in the legs of velvet worms, making both Collinsium and Hallucigenia distant ancestors of modern onychophorans. According to Ortega-Hernández, “There are at least four more species with close family ties to the Collins’ Monster, which collectively form a group known as Luolishaniidae. Fossils of these creatures are hard to come by and mostly fragmentary, so the discovery of Collinsium greatly improves our understanding of these bizarre organisms.”
The fossil was found in the Xiaoshiba deposit in southern China, a site which is less-explored than the larger Chengjiang deposit nearby, but has turned up fascinating and well-preserved specimens from this key period in Earth’s history.
“Animals during the Cambrian were incredibly diverse, with lots of interesting behaviours and modes of living,” said Ortega-Hernández. “The Chinese Collins’ Monster was one of these evolutionary ‘experiments’ – one which ultimately failed as they have no living direct ancestors – but it’s amazing to see how specialised many animals were hundreds of millions of years ago. At its core, the study of the fossil record seeks answers about the evolution of life on Earth that can only be found in deep time. All the major biological events responsible for shaping the world we inhabit, such as the origin of life, the early diversification of animals, or the establishment of the modern biosphere, are intimately linked to the complex geological history of our planet.”
The research was funded by the National Natural Science Foundation of China, Emmanuel College, Cambridge, and the Templeton World Charity Foundation.

That’s no dino!

Not all ancient reptiles were dinosaurs, even if they looked or lived like them

By
7:15am, June 12, 2015
Not all ancient reptiles were dinos—even if they looked or lived like them.
This Jurassic landscape is the color-enhanced update of an 1830 painting. It depicts what life might have been like 200 million to 146 million years ago.
Richard Bizley / Science Source
The first of a two-part series
Dinosaurs died out about 66 million years ago, yet they live on in our imagination. They populate books and toy shelves. They also star on the big screen in blockbuster movies like 1993’s Jurassic Park and this summer’s Jurassic World. Such efforts have made us all familiar with creatures like the fearsome Tyrannosaurus rex, the three-horned Triceratops and the long-necked Brachiosaurus.
But not all dinosaurs were immense beasts. Some were only the size of chickens. And not every prehistoric reptile was a dinosaur.
Dinosaurs are but one small group of reptiles. Ancient ecosystems also hosted the ancestors of today’s crocodiles, snakes, lizards and turtles. And the landscape teemed with many other types of reptiles that are now long gone. Some lived in the sea. Others took to the air and soared like birds. Some lived on land and, at first glance, resembled dinosaurs. But the detailed features of their fossils, or ancient remains, clearly show they were not dinos.
"In many cases, these animals played very important roles in their ecosystems," says Thomas Holtz, Jr. He works at the University of Maryland in College Park. As a vertebrate paleontologist, he studies the fossils of creatures with backbones.
Many of these ancient non-dinos died out at the same time as dinosaurs. Others went extinct millions of years earlier. Scientists still aren't sure why. Studying the fossil record can provide clues. It also can show which groups of ancient creatures are most closely related, when they first appeared and how they evolved — changed over time.

It’s all in the hips

For millions of years, dinosaurs dominated many of Earth’s ecosystems. The first dinos emerged in the fossil record about 235 million years ago. They disappeared some 169 million years later. Some scientists think a massive comet or asteroid struck Earth and wiped them out.

Some dinosaurs  were big. Others were small. Some ate animals. Others dined solely on plants. Some ran on two legs; others walked on all fours. But all had at least one thing in common, notes Sterling Nesbitt. He’s a vertebrate paleontologist at Virginia Tech in Blacksburg. Every dinosaur had holes where its thighbones, or femurs, attached to the pelvis. “All dinosaurs had this open hip socket,” he says. “It’s not found in any other reptiles.” Simply put, reptiles lacking this hip structure were not dinosaurs.
Scientists look at traits like hip structure to distinguish species. Each species, whether living or long extinct, has its own special set of characteristics. Birds have feathers, and mammals have hair. Today’s reptiles have scales. Fossils suggest that most dinosaurs had scales too. So do fish (but their scales are different). The more traits that two species share, the more closely related they tend to be. “By looking at shared characteristics, you can tell what creatures are related,” says James Clark. He’s a vertebrate paleontologist at George Washington University in Washington, D.C.

Two examples of how scientists draw a cladogram, or family tree, for related species. In both, species A and B are more closely related to each other than either is to C.
Alexei Kouprianov/Wikimedia Commons (CC-BY-SA 3.0)
For living creatures, Clark notes, scientists often go beyond anatomy and consider similarities or differences in genetic material such as DNA. But for ancient animals, scientists typically have only fossils. Researchers can use those various characteristics to build a family tree. This method of mapping family trees is called cladistics (Klah-DISS-tiks).Cladistics reveals that many different types of reptiles lived during ancient times. In fact, the Mesozoic Era, which lasted from 252 million to about 66 million years ago, is often referred to as “the Age of Reptiles.” Among animals during that lengthy era, reptiles dominated. But among them, dinosaurs were only one group.

Dino doppelgängers

Even if something looked and behaved like a dinosaur, it wasn’t a dinosaur unless it had the right hip structure. Consider a ferocious meat-eater just described by Nesbitt and his teammates in the November 4, 2014 Journal of Vertebrate Paleontology. The team named the creature Nundasuchus (NOON-dah-SOO-kuss). In the local Swahili language, nunda means “predator.” The suffix suchus is from a Greek word for “crocodile.”
Nundasuchus was probably about 2.75 meters (9 feet) long. Some of its teeth had edges that were serrated, like steak knives. But this ancient meat-eater was not a dinosaur. It didn’t have the right hip structure. And the reptile’s ankle bones were similar to those of animals in a different group of reptiles, called Pseudosuchia (SOO-doh-SOO-kee-ah). That name is a combination of Latin and Greek words that means “false crocodiles.”
(story continues below image)

Nundasuchus, which lived about 242 million years ago, looked very much like a dinosaur, yet was more closely related to crocodiles. (White bones are the ones recovered by paleontologists.).
Virginia Tech
 
The researchers found the animal’s fossil bones in Tanzania, in southeastern Africa. Those bones had been entombed around 242 million years ago. They didn’t form a complete skeleton, but they did include bones, or bits of bones, from almost all parts of the animal. Those remains let the team measure hundreds of the creature’s anatomical details. Importantly, the scientists found a left rear leg that was very nearly complete. “I could tell this was a new species almost immediately,” Nesbitt says.

It would have belonged to a group of species that includes true crocodiles and their living and extinct relatives. It also includes other groups of ancient and now-extinct reptiles. One is called the rauisuchids (RAOW- ee-SOO-kidz). These meat-eaters, some of which reached lengths of 6 meters (20 feet), are often mistaken for dinosaurs because they look so similar. But their hips show they aren’t dinosaurs at all.

Up in the air!

Birds weren’t the first vertebrates to take to the skies. One group of reptiles beat them to it by a good 75 million years or more. Called pterosaurs (TAIR-oh-saurs), these creatures take their name from the Greek words for “wing lizard.”
Pterosaurs were close relatives of dinosaurs. Their hip structures were roughly similar. Pterosaurs and dinosaurs also are the only groups of reptiles that have one particular arrangement of bones in their ankles. “It’s very distinctive,” says Clark. Yet these similarities don’t mean that pterosaurs evolved from dinosaurs, he explains. It simply means that they both shared some common ancestor. So, on the reptile family tree, they were only cousins.

This image depicts a giant azhdarchid pterosaur, named Quetzalcoatlus northropi. With a 10 meter (almost 33-foot) wingspan, this reptile stood as tall as a giraffe. These pterosaurs lived alongside tyrant dinosaurs and likely preyed on smaller reptiles, including this baby Tyrannosaurus rex.
 
The oldest known pterosaurs were well adapted for flying. Like birds, their bones were hollow and filled with air. That helped make their bodies light and easier to get off of the ground. But unlike birds, pterosaurs had no feathers. Instead, their wings were covered in thin membranes made of skin and other tissues. Those membranes stretched between their wings’ bones (which included a very long finger) and their bodies. Sometimes the rear edge of the wings stretched back and connected to a pterosaur’s ankles. (This past April, scientists reported finding Yi qi, a species of small dinosaur with a pterosaur-like wing membrane. But it’s not yet clear if that creature was truly able to flap and fly like birds and pterosaurs, the researchers say. Perhaps it could only glide.)

For the first 70 million years, pterosaurs remained pretty much the same size, says Roger Benson. He’s a vertebrate paleontologist at the University of Oxford in England. All pterosaur species during that time had an average wingspan of about 1.2 meters (4 feet). Then, starting about 150 million years ago, pterosaurs began enlarging. And that trend continued until the animals became extinct 66 million years ago. Near the end, the wings of various species spanned from 3 meters (10 feet) to 10 meters (33 feet) across. (For comparison, a U.S. Air Force F-16 fighter jet has a 10-meter wingspan.)
Two things drove that growth in average wingspan. Some huge species evolved. At the same time, most small pterosaur species vanished. This might be linked to the appearance of the first birds, researchers suggested in 2014 in Nature Communications. And here’s why: Birds and small pterosaurs probably dined on the same types of creatures. Early birds might have been more active or more agile than pterosaurs their size. So the flying reptiles might have lost out when competing with birds for a meal. In time, these small pterosaurs largely died out. Those that survived did so by evolving into such immense sizes that they no longer competed with birds.
Many people incorrectly call all flying reptiles “pterodactyls.” That name, which comes from the Greek words for “wing finger,” belongs to only one group of pterosaurs. They get their name from the long thin finger that supports the front edge of their wing, explains Clark. Typically, a pterosaur is considered a pterodactyl if the longest bone in its wing finger is eight times longer than its diameter.

That’s just weird

Dinosaurs are well known for their unusual appearance. Many had horns, spikes, plates or any of plenty of other odd features. Pterosaurs could look pretty weird too. Some early species had toothy jaws and long tails. Many later species had no teeth and almost no tail.
But one pterosaur might have looked much weirder than the rest. It lived about 120 million years ago in what is now northeastern China. Adults probably had a wingspan of about 1.5 meters (5 feet). In many ways, this flying reptile looked like other pterosaurs. But its fossils provide tantalizing clues that this species was special. The front portion of its lower jaw had a deep, thin, crescent-shaped keel of bone. Near the point where this semicircle joined the lower jaw, there was a peculiar hook-shaped projection.
Its fossils were first described in the journal Scientific Reports in 2014.
(story continues below image)

Flying reptiles — such as these Ikrandraco avatars — were pterosaurs, not dinosaurs. They did live during the same era as dinos. Fossils reveal many clues about how and when such creatures evolved, as well as how they lived. These birdlike reptiles may have had a wingspan of 1.5 meters.
Chuang Zhao
 
No other pterosaur has this distinctive feature. In fact, its discoverers say, no other vertebrate, living or long extinct, has such a bony projection. Because of that, scientists aren’t quite sure what purpose this hook served. It may have been an anchor for soft tissue. (Unlike bones, soft tissues rarely get preserved as fossils.) Indeed, based on where the hook is located, the pterosaur might have had a pelican-like pouch beneath its lower jaw. This pouch could have held fish that the pterosaur scooped up as it swooped across the surfaces of lakes or rivers.
The scientists named the new species Ikrandraco avatar. “Draco” is the Latin word for dragon. The other two parts of the name come from the name of the movie Avatar and the fictional flying beasts, “ikran,” that were ridden by warriors in that film’s battles.
The lesson with this animal, as with many other ancient creatures, is that just because something outwardly resembled a dinosaur did not mean it was one.
Next: The ancient reptiles that ruled the seas

Power Words

(for more about Power Words, click here)
anatomy  The study of the organs and tissues of animals. Scientists who work in this field are known as anatomists.
asteroid  A rocky object in orbit around the sun. Most orbit in a region that falls between the orbits of Mars and Jupiter. Astronomers refer to this region as the asteroid belt.
cladistics  An approach to biological classification in which organisms are grouped together based on whether or not they share anatomical characteristics.
comet    A celestial object consisting of a nucleus of ice and dust. When a comet passes near the sun, gas and dust vaporize off the comet’s surface, creating its trailing “tail.”
dinosaur  A term that means terrible lizard. These ancient reptiles lived from about 250 million years ago to roughly 65 million years ago. All descended from egg-laying reptiles known as archosaurs. Their descendants eventually split into two lines. They are distinguished by their hips. The lizard-hipped line became saurichians, such as two-footed theropods like T. rex and the lumbering four-footed Apatosaurus (once known as brontosaurus). A second line of so-called bird-hipped, or ornithischian dinosaurs, led to a widely differing group of animals that included the stegosaurs and duckbilled dinosaurs.
DNA (short for deoxyribonucleic acid) A long, double-stranded and spiral-shaped molecule inside most living cells that carries genetic instructions. In all living things, from plants and animals to microbes, these instructions tell cells which molecules to make.
doppelgänger   A word from the German that means a look-alike — or double — of someone or some thing.
ecosystem  A group of interacting living organisms — including microorganisms, plants and animals — and their physical environment within a particular climate. Examples include tropical reefs, rainforests, alpine meadows and polar tundra.
evolution  (v. to evolve) A process by which species undergo changes over time, usually through genetic variation and natural selection. These changes usually result in a new type of organism better suited for its environment than the earlier type. The newer type is not necessarily more “advanced,” just better adapted to the conditions in which it developed.
extinct  An adjective that describes a species for which there are no living members.
femur In humans, the large bone in the upper leg. It is commonly known as the thighbone. In tetrapods (creatures with four limbs), it’s the large bone in the upper hind limbs.
fossil  Any preserved remains or traces of ancient life. There are many different types of fossils: The bones and other body parts of dinosaurs are called “body fossils.” Things like footprints are called “trace fossils.” Even specimens of dinosaur poop are fossils. The process of forming fossils is called fossilization.
genus  A group of closely related species. For example, the genus Canis — which is Latin for “dog” — includes all domestic breeds of dog and their closest wild relatives, including wolves, coyotes, jackals and dingoes.
keel    A structural feature that runs along the bottom of a boat’s hull from front to back (stem to stern) and may almost look like a fin extending down into the water. The boat’s beams or flooring are usually attached to this.
Mesozoic Era   An interval of geologic time from about 252 million to around 66 million years ago. Often called the Age of Reptiles, this era includes the Triassic, Jurassic and Cretaceous periods.
paleontologist  A scientist who specializes in studying fossils, the remains of ancient organisms.
paleontology The branch of science concerned with ancient, fossilized animals and plants.
pelvis  Bones that make up the hips, connecting the lower spine to leg bones. There is a gap in the middle of the pelvis that is larger in females than in males and can be used to tell the sexes apart.
predator  (adjective: predatory) A creature that preys on other animals for most or all of its food.
projection   Something feature that extends out (or projects) from the body of a structure.
pterosaur     Any of various extinct flying reptiles of the order Pterosauria. These animals lived 245 million years ago to 65 million years ago. Although not true dinosaurs, they lived during the reign of dinosaurs. Among members of this order were the pterodactyls of the Jurassic and Cretaceous periods, which were characterized by wings consisting of a flap of skin supported by the very long fourth digit on each forelimb.
pterodactyl  A group of pterosaurs that get their name from the long thin finger that supports the front edge of their wing. Typically, a pterosaur is considered a pterodactyl if the longest bone in its wing finger is eight times longer than its diameter.
reptile    Cold-blooded vertebrate animals, whose skin is covered with scales or horny plates. Snakes, turtles, lizards and alligators are all reptiles.
serrated   A description for a saw-like edge, usually found on knives meant to cut through tough meat.
trait  A characteristic feature of something. (in genetics) A quality or characteristic that can be inherited.
tyrannosaur  A line of meat-eating dinosaurs that began during the late Jurassic Period, about 150 million years ago. These species persisted into the late Cretaceous Period, about 65 million years ago. The best known member of these species: the late Cretaceous’ Tyrannosaurus rex, a 12-meter (40 foot) long top predator of its time.
Tyrannosaurus rex  A top-predator dinosaur that roamed Earth during the late Cretaceous period. Adults could be 12 meters (40 feet) long.
vertebra   (plural vertebrae) One of the bones that make up the neck, spine and tail of vertebrates. Bones in the neck are called cervical vertebrae. Bones in the tail, for animals that have them, are called caudal vertebrae.
vertebrate The group of animals with a brain, two eyes, and a stiff nerve cord or backbone running down the back. This group includes all fish, amphibians, reptiles, birds, and mammals.