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Um estudo colaborativo introduz a “hipótese flush-pursue” para explicar as origens evolutivas das asas e caudas nas aves, remontando aos dinossauros emplumados. A hipótese, apoiada por simulações robóticas e estudos biológicos, sugere que proto-asas e penas da cauda foram usadas para expulsar as presas, aumentando a eficiência do forrageamento. Esta descoberta acrescenta uma nova dimensão à nossa compreensão do comportamento dos dinossauros e do desenvolvimento evolutivo da plumagem das aves. Crédito: SciTechDaily.com
Os dinossauros podem ter usado penas nos membros anteriores e nas caudas para perseguir as suas presas – uma nova hipótese integra morfologia, comportamento e neurobiologia.
Quais são as origens das asas e caudas dos pássaros? Esta é uma das questões-chave na evolução dos animais.
Há muito que se aceita que a sua evolução começou nos dinossauros com penas. Alguns desses dinossauros tinham penas nas caudas e pequenas penas semelhantes a asas nos membros anteriores (braços). Estas pequenas estruturas semelhantes a asas chamadas ‘proto-asas’ são compostas de penas especiais conhecidas como penas pennáceas – as penas rígidas encontradas nas asas e caudas dos pássaros. A forma antiga destas penas surgiu pela primeira vez nos dinossauros durante o jurássico Período, e esses dinossauros, chamados Pennaraptorans, tinham proto-asas feitas de penas pennáceas.
No entanto, sabe-se que essas proto-asas eram pequenas demais para voos motorizados. Como não podemos viajar no tempo para observar o seu comportamento, o que os dinossauros fizeram e como se comportaram permanece sem resposta.
Várias funções de proto-asas e penas de cauda nos ancestrais das aves foram consideradas desde que John Harold Ostrom propôs a primeira ideia 50 anos atrás que proto-asas foram usadas para derrubar presas de insetos por pequenos predadores dinossauros vivendo no chão e seguindo suas presas. No entanto, ainda não foi resolvido como as pequenas ‘proto-asas’ e as caudas emplumadas ajudaram os ancestrais dinossauros das aves em suas vidas.
A Hipótese Flush-Busca
Uma nova colaboração científica envolvendo uma equipe de biólogos de campo e ecologistas integrativos (Piotr G. Jablonski, Sang-im Lee, Jinseok Park, Sang Yun Bang e Jungmoon Ha), paleontólogos (Yuong-Nam Lee e Minyoung Son) e roboticistas (Hyungpil Moon e Jeongyeol Park), propôs uma nova ideia: a ‘hipótese de busca intensa’.
O nome da hipótese fornece uma pista sobre seu conteúdo. Algumas aves empregam uma estratégia de forrageamento de “perseguição em profundidade”, usando exibições de asas e/ou cauda para expulsar visualmente a presa escondida e persegui-la (por exemplo, Mockingbird do Norte, © Vídeos de Linzy). A hipótese sugere que pequenos dinossauros com proto-asas usam uma estratégia semelhante.
A hipótese está enraizada em anos de estudos ornitológicos de campo detalhados em vários espécies de aves insetívoras conduzidas por um co-autor do presente estudo, Piotr Jablonski e colaboradores, bem como por Ron Mumme e colaboradores (por exemplo, o Redstart pintadoo whitestart de garganta de ardósia, o Whitestart de óculose a Toutinegra encapuzada).
Estudos sobre essas aves revelaram que a exibição de plumagem contrastante (muitas vezes com manchas pretas e brancas) nas asas e caudas desencadeia a fuga de suas presas e, assim, aumenta a eficiência de forrageamento das aves porque a presa que escapa é perseguida e capturada pelas aves. A neurobiologia por trás dessa relação também foi estudada. Foi proposto por Piotr Jablonski e Nicholas Strausfeld, um dos principais especialistas em sistemas nervosos de artrópodes, que neurônios especiais em insetos são ativados por propriedades simples de exibição de descarga por pássaros insetívoros perseguidores de descarga.
Piotr Jablonski e colaboradores mencionaram pela primeira vez a hipótese de flush-pursue na Conferência de Pesquisa Gordon de 2005 sobre “Neuroetologia: Comportamento, Evolução e Neurobiologia”, presidida por N. Strausfeld. Desde então, a ideia foi desenvolvida e apresentada em Congresso Ornitológico Internacional 2018e no Reunião Anual da Sociedade de Biologia Integrativa 2023.
“Depois de realizar extensos estudos de campo em aves e aprofundar o exame de neurônios em suas presas, tentei, sem sucesso, durante anos, convencer organizações financiadoras e revisores céticos de bolsas na Polônia, EUA e Coréia a apoiar estudos que avaliassem esta hipótese sobre os primeiros dinossauros pennaraptores, ” comenta o ornitólogo de campo Piotr Jablonski.
“Eventualmente, o financiamento fornecido pela Universidade Nacional de Seul permitiu-nos iniciar a nossa investigação colaborativa e completá-la com algum financiamento adicional. Finalmente, depois de enfrentarmos múltiplas recusas dos Conselhos Editoriais de 11 revistas, cada uma negando a aprovação para um processo padrão de revisão por pares do artigo, finalmente encontramos uma revista que permitiu que nossos resultados fossem revisados por pares, o que levou à sua publicação.” acrescenta Piotr Jablonski.
Figura 1. (A) Caudipteryx reconstruído © Christophe Hendrickx. Usado sob os termos da licença Creative Commons (CC BY-SA 3.0). (B) Robopteryx, imitando a morfologia do Caudipteryx, posicionado em frente a um gafanhoto no campo (marcado por uma seta vermelha). (C) Gafanhoto testado nos experimentos. Crédito: imagem Caudipteryx (A) por © Christophe Hendrickx. Utilizado sob os termos da licença Creative Commons (CC BY-SA 3.0). Foto (B) de PG Jablonski, Foto (C) de Jinseok Park.
Resultados e implicações da pesquisa
“Nós escolhemos Caudipterix como representante dos primeiros dinossauros Pennaraptoran”, explica o paleontólogo Yuong-Nam Lee, um especialista em fósseis de dinossauros e coautor do estudo. A equipe de robótica liderada por Hyungpil Moon, um especialista em robótica, construiu um robô chamado ‘Robopteryx’, que se assemelha à morfologia de Caudipterix (Fig. 1A).
Simultaneamente, a equipe de biologia conduziu uma revisão abrangente da diversidade de exibições de asas e cauda usadas pelas aves existentes que perseguem o fluxo para desencadear visualmente a fuga de suas presas. Os pesquisadores compilaram links para clipes que ilustram essa diversidade entre as aves (ver materiais suplementares em o papel delese alguns outros links para exemplos fornecidos abaixo). Equipado com nove motores, o ‘Robopteryx’ foi programado para imitar os movimentos dos membros anteriores e da cauda de aves que se alimentam no solo e que perseguem o fluxo, como o maior roadrunner (© Kat Avila) ou o robin de cauda ruiva (© Nature Never Die), dentro das restrições anatômicas determinadas na literatura paleontológica por Minyoung Son, um especialista na anatomia dos dinossauros do Cretáceo.
Este filme ilustra três maneiras diferentes pelas quais os dinossauros com proto-asas podem ter expulsado suas presas por meio de exibições visuais para posteriormente persegui-las. Primeiro, o gafanhoto salta/voa em resposta à expansão dos membros anteriores do Robotperyx com proto-asas. Em segundo lugar, o gafanhoto salta/voa em resposta ao dobramento dos membros anteriores com protoasas. Terceiro, o gafanhoto escapa em resposta aos movimentos ascendentes da cauda.
Jinseok Park (o primeiro autor do artigo e ornitólogo de campo com foco em dieta aviária e forrageamento), com uma equipe de biólogos de campo, conduziu testes com ‘Robopteryx’ para observar respostas comportamentais de gafanhotos selvagens (Fig. 1B, C), que pertencem à antiga ordem Orthoptera, provavelmente co-ocorrendo com dinossauros pennaraptores. Os resultados revelaram que os gafanhotos escaparam com mais frequência quando as proto-asas estavam presentes nos membros anteriores, em comparação com as exibições sem proto-asas. Além disso, os gafanhotos fugiram com mais frequência quando as proto-asas tinham manchas brancas, em comparação com quando eram totalmente pretas. Além disso, os gafanhotos escaparam com mais frequência quando as penas da cauda estavam presentes, particularmente quando a área das penas da cauda era grande.
Robopteryx assusta os gafanhotos para que fujam em resposta à estimulação visual do dobramento e abertura dos membros anteriores equipados com proto-asas e em resposta aos movimentos da cauda. O vídeo mostra os movimentos do robô desacelerados 12 vezes.
Como as reações dos circuitos neurais simples envolvidos nas fugas das presas dos insetos são cruciais para a compreensão da evolução da estratégia de busca de descarga nas aves, os pesquisadores decidiram comparar as respostas dos neurônios dos gafanhotos às hipotéticas exibições dos dinossauros.
“Criei animações computacionais (exemplos nos materiais complementares do papel) imitando as exibições hipotéticas de Caudipterix e os apresentou aos gafanhotos no laboratório”, explica Jinseok Park. “Usei produtos facilmente disponíveis e baratos equipamento para registrar as respostas dos neurônios”, acrescenta Jinseok. Os pesquisadores descobriram que as reações dos neurônios, especialmente as taxas de pico de disparo, eram maiores em resposta às animações com proto-asas do que àquelas sem.
Com base nos resultados, os investigadores argumentam que as presas dos dinossauros teriam sido mais propensas a fugir quando as proto-asas feitas de penas estavam presentes, especialmente perto da extremidade dos membros anteriores e com padrões contrastantes, e quando as penas da cauda, especialmente de um grande área, foram usados durante hipotéticas exibições embutidas.
“Propomos que o uso da plumagem para liberar a presa poderia aumentar a frequência de perseguições após a fuga da presa, ampliando assim a importância das proto-asas e caudas nas manobras para uma perseguição bem-sucedida. Isso poderia levar ao desenvolvimento de penas maiores e mais rígidas, pois permitiriam perseguições mais bem-sucedidas e exibições visuais mais pronunciadas.” resume Sang-im Lee, o ecologista integrativo membro da equipe de pesquisa, que anteriormente estudou o papel da alula aviária em manobras aéreas de pássaros voadores.
Para obter mais informações sobre esta pesquisa, consulte Desvendando as táticas pré-históricas de susto dos dinossauros emplumados.
Referência: “Comportamentos de fuga nas presas e a evolução da plumagem pennácea nos dinossauros” 25 de janeiro de 2024, Relatórios Científicos.
DOI: 10.1038/s41598-023-50225-x
