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Pesquisas da Universidade de Michigan revelaram mudanças nos genomas dos primeiros ancestrais das aves após a extinção em massa causada por um asteroide há 66 milhões de anos, identificando “fósseis genômicos” que ilustram mudanças significativas no DNA. Essas mudanças, cruciais para a evolução das aves, revelam como esses eventos catastróficos têm impactos profundos e duradouros na biodiversidade e na biologia do organismo.
A pesquisa revela que o fim-Cretáceo a extinção em massa alterou significativamente os genomas das aves, contribuindo para a evolução e diversidade das aves de hoje. Ao analisar fósseis genômicos e mudanças evolutivas, o estudo fornece uma compreensão mais profunda de como as extinções em massa moldam a vida na Terra.
Pouco depois que um asteroide atingiu a Terra, 66 milhões de anos atrás, a vida dos dinossauros não aviários chegou ao fim, mas a história evolutiva dos primeiros ancestrais das aves começou.
O registro fóssil nos diz que os primeiros ancestrais dos pássaros vivos começaram sua jornada evolutiva logo após o evento de extinção em massa causado pelo asteroide, mas os pesquisadores não tinham certeza de como veriam essa história refletida nos genomas dos pássaros. Agora, um estudo da Universidade de Michigan identificou mudanças importantes nos genomas dos pássaros desencadeadas pela extinção em massa, chamada de evento de extinção em massa do fim do Cretáceo, contribuindo, em última análise, para a incrível diversidade de pássaros vivos.
O estudo examinou a trajetória evolutiva de todos os principais grupos de pássaros e encontrou evidências de “fósseis genômicos” em pássaros. ADN que marcam etapas evolutivas críticas à medida que as aves evoluíram para mais de 10.000 seres vivos espécies. A pesquisa é publicada como um artigo de acesso aberto na revista Avanços da Ciência.
“Ao estudar o DNA de pássaros vivos, podemos tentar detectar padrões de sequências genéticas que mudaram logo após um dos eventos mais importantes da história da Terra”, disse o autor principal Jake Berv, que concluiu o estudo como Michigan Life Sciences Fellow no Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da UM. “A assinatura desses eventos parece ter sido impressa nos genomas dos sobreviventes de uma forma que podemos detectar dezenas de milhões de anos depois.”
Composição do genoma e potencial evolutivo
O genoma de um organismo vivo compreende quatro moléculas de nucleotídeos, referidas pelas letras A, T, G e C. A ordem desses nucleotídeos em um genoma define o “projeto” da vida. O código de DNA pode, às vezes, evoluir de uma forma que muda a composição geral dos nucleotídeos de DNA em todo o genoma. Essas mudanças composicionais são cruciais para determinar que tipo de variação genética é possível, contribuindo para o potencial evolutivo de um organismo, ou sua capacidade de evoluir.
Os pesquisadores descobriram que o evento de extinção em massa provocou mudanças na composição de nucleotídeos. Eles também descobriram que essas mudanças parecem estar conectadas à maneira como os pássaros se desenvolvem quando bebês, seu tamanho adulto e seu metabolismo.
Por exemplo, dentro de aproximadamente 3 a 5 milhões de anos da extinção em massa, as linhagens de pássaros sobreviventes tenderam a desenvolver tamanhos corporais menores. Eles também mudaram a forma como se desenvolveram como filhotes, com mais espécies se tornando “altriciais”. Isso significa que eles ainda são muito embrionários quando eclodem, precisam que seus pais os alimentem e podem levar semanas para emplumar, diz Berv. Pássaros que eclodem prontos para se defenderem sozinhos, como galinhas e perus, são chamados de “precociais”.
“Descobrimos que o tamanho do corpo adulto e os padrões de desenvolvimento pré-eclosão são duas características importantes da biologia das aves que podemos vincular às mudanças genéticas que estamos detectando”, disse Berv, agora bolsista de pós-doutorado em IA em Ciência da Schmidt no Instituto de Dados e IA na Sociedade de Michigan da U-M.
Modelagem Genômica Avançada
Berv diz que um dos desafios mais significativos na biologia evolutiva e na ornitologia é destrinchar as relações entre os principais grupos de pássaros — é difícil determinar a estrutura da árvore da vida para pássaros vivos. Nos últimos 15 anos, pesquisadores têm aplicado conjuntos de dados genômicos cada vez maiores para tentar resolver o problema.
Anteriormente, pesquisadores usavam dados genômicos para estudar a evolução dos genomas de pássaros usando modelos estatísticos que fazem suposições fortes. Esses modelos “tradicionais” permitem que pesquisadores reconstruam a história das mudanças genéticas, mas eles tipicamente assumem que a composição do DNA, sua proporção de nucleotídeos A, T, G e C, não muda ao longo da história evolutiva.
No final de 2019, Berv começou a trabalhar com Stephen Smith, professor de ecologia e biologia evolutiva da UM, que estava desenvolvendo uma ferramenta de software para rastrear mais de perto a composição do DNA ao longo do tempo e em diferentes ramos da árvore da vida. Com essa ferramenta, os pesquisadores conseguiram relaxar a suposição de que a composição do DNA permanece constante. Smith disse que isso permitiu que o “modelo” da evolução do DNA variasse na árvore evolutiva e identificasse lugares onde provavelmente havia uma mudança na composição do DNA.
Para esta nova pesquisa, essas mudanças foram concentradas no tempo, dentro de cerca de 5 milhões de anos da extinção em massa do fim do Cretáceo, diz Berv. Sua abordagem também permitiu que estimassem quais características das aves estavam mais intimamente associadas a essas mudanças na composição do DNA.
“Este é um tipo importante de mudança genética que achamos que podemos ligar ao evento de extinção em massa”, ele disse. “Até onde sabemos, mudanças na composição do DNA não foram previamente associadas à extinção em massa do fim do Cretáceo de forma tão clara.”
Daniel Field, professor de paleontologia de vertebrados na
da Universidade de Cambridge e coautor do estudo, tem se interessado em entender como a extinção em massa do fim do Cretáceo afetou a evolução das aves. Ele forneceu orientação relacionada à evolução inicial das aves após a extinção em massa.
“Sabemos que eventos de extinção em massa podem afetar dramaticamente a biodiversidade, a ecologia e a forma organismal. Nosso estudo enfatiza que esses eventos de extinção podem realmente influenciar a biologia organismal ainda mais profundamente — alterando aspectos importantes de como os genomas evoluem”, disse Field. “Este trabalho aprofunda nossa compreensão dos impactos biológicos dramáticos de eventos de extinção em massa e destaca que a extinção em massa que exterminou os dinossauros gigantes foi um dos eventos de maior impacto biológico em toda a história do nosso planeta.”
Os pesquisadores dizem que, ao relaxar as suposições típicas usadas na biologia evolutiva, eles estão construindo uma visão mais detalhada da sequência de eventos que ocorreram na história inicial das aves.
“Nós normalmente não olhamos para a mudança na composição e no modelo do DNA na árvore da vida como uma mudança de que algo interessante aconteceu em um ponto específico do tempo e lugar”, disse Smith. “Este estudo ilustra que provavelmente estávamos perdendo algo.”
Referência: “A evolução do genoma e da história de vida vincula a diversificação das aves à extinção em massa do fim do Cretáceo” por Jacob S. Berv, Sonal Singhal, Daniel J. Field, Nathanael Walker-Hale, Sean W. McHugh, J. Ryan Shipley, Eliot T. Miller, Rebecca T. Kimball, Edward L. Braun, Alex Dornburg, C. Tomomi Parins-Fukuchi, Richard O. Prum, Benjamin M. Winger, Matt Friedman e Stephen A. Smith, 31 de julho de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adp0114