Pernas: pra que te quero?

Belas pernas podem embaralhar a cabeça de muita gente! Especialmente a dos zoólogos, mas de uma forma muito peculiar. Entre os animais, existe uma imensa gama de pernas, em animais muito diferentes, usadas para as mais variadas funções. As pernas, de uma maneira geral, muitas vezes refletem os hábitos dos animais, e podem por si só representar um determinado táxon (grupo taxonômico). Por exemplo: pernas articuladas caracterizam e garantem o nome dos artrópodes. Embora todos os artrópodes descendam de um ancestral comum e que possuía apenas um tipo de perna, os artrópodes atuais apresentam as mais variadas formas de pernas. Curiosamente, estas pernas são bem adequadas as suas funções ( ou seria o contrário...? Questão em aberto!). Esta aranha viúva-negra, por exemplo, tem as pernas do tipo marchador, mui apropriados para seu hábito cursorial (que caminha - ver posts anteriores). Já este gafanhoto, possui o terceiro par de pernas saltador, o que o permite se lançar a grandes distâncias. O grilo-toupeira, outro inseto, possui o primeiro par de pernas curto, largo e cheio de indentações, muito apropriado para a escavação. Todavia, como um bom grilo que é, ainda possui o terceiro par de pernas do tipo saltador; para não falar em seu par de asas. Crustáceos do gênero Artemia, muito comuns em lagoas hipersalinas como Araruama, RJ, nadam muito bem com suas pernas do tipo filopódio, e por aí vai.

Mas não são só os artrópodes que possuem pernas! Anelídeos poliquetas as tem de formas também muito variadas. Geralmente se apresentam na forma de um lobo dorsal e um lobo ventral, como neste magnífico verme-de-fogo. Todavia, muitas especializações ocorreram. No Chaetopterus, um poliqueta que vive em um tubo em forma de "U", algumas pernas se modificaram em verdadeiros cestos secretores de um muco capturador de matéria orgânica em suspensão, que lhe serve de alimento. O animal produz um fluxo contínuo de água pelo tubo, renovando desta forma o aporte de nutrientes.Outros animais se despiram de suas pernas, como as minhocas e sanguessugas, mas isso já é uma outra história.

Nos vertebrados? Achei que estes já estavam bem batidos, mas vamos lá. Bem, é preciso que antes se deixe bem claro, que há uma hipótese amplamente difundida de homologia serial entre braços e pernas. O que isso quer dizer? Que pra fins práticos, trataremos braços como pernas modificadas ao longo da evolução, por mais estranho que possa parecer.

As primeiras pernas - apenas um par - foram nadadeiras, encontradas desde os primeiros fósseis de osteostracos, peixes sem mandíbula dotados de uma pesada armadura óssea. Nos peixes com mandíbula, elas se duplicaram, totalizando dois pares. A partir daí foi só alegria: o segundo par - o posterior - geralmente mais recatado, e o primeiro par dando origem à todo tipo de invenções. Inúmeros retornos à vida aquática aconteceram, e nestas vezes observamos uma mudança análoga nas pernas anteriores: ictiosauros, plesiosauros, baleias, peixes-bois, tartarugas marinhas, e por aí vai. Da mesma forma, sapos, cangurus, coelhos e outros saltadores possuem especializações similares. Escavadores como toupeiras, tuco-tucos e a estranha toupeira-das dunas - todos esses roedores - possuem braços curtos, fortes e com garras bem desenvolvidas. Para não falar nos voadores: aves, morcegos e pterodáctilos (Compare-os em posts anteriores).

Resumidamente, é notável a a forma como as pernas são muito importantes nas especializações ecológicas dos animais. Mais ainda, a morfologia muitas vezes se modifica de maneira convergente. Isso pode muitas vezes confundir os zoólogos, os levando a julgar como homólogas características que não tem origem no mesmo evento evolutivo. Seja como for, andando, saltando, nadando, escavando ou voando, você ainda vai precisar das pernas um dia!

Para saber mais:

BRUSCA, G. J.; BRUSCA, R. C. Invertebrados. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara-Koogan, 2007. 1092 p.

POUGH, F. H.; HEISER, J. B.; Janis, C. M. A Vida dos Vertebrados. 4. ed. São Paulo: Atheneu SP, 2008.
750p.

O preço do sexo

Meus amigos, não é preciso ser Doutor em Biologia para saber que às vezes o sexo sai caro. Isto significa que é simples entender o custo do sexo, difícil é explicá-lo. Como assim!? Para chegar lá, vou começar fazendo uma pequena introdução, com todo o respeito, e depois aprofundaremos um pouco mais... discutindo sexo até os mais religiosos concordarem que nem sempre o sexo tem função reprodutiva.
Você deve estar aí, se gabando de ter conhecimento pleno sobre o sexo, mas eu vos pergunto de cara: o que é sexo? Bom, para você pode ser o que quiser, mas para a Biologia, sexo significa cariogamia, ou fusão de material genético, e a troca deste material.
Portanto, não se deixe enganar: sexo, só com cariogamia!
Isso significa então, que toda vez que ocorre troca de material genético é sexo, mas não necessariamente reprodução. É duro, mas é a verdade. Quando entendemos a reprodução como a origem de um indivíduo completamente novo a partir de um progenitor, fica mais fácil. Já chego lá.
No caso de muitos seres unicelulares, como os ciliados do gênero Paramecium, por exemplo,
o sexo ocorre independentemente da reprodução, da seguinte forma:
Notem que os paramécios possuem originalmente um micronúcleo e um macronúcleo cada. Os macronúcleos se desfazem, e os micronúcleos se duplicam, em cada um dos paramécios; eis que então as células se conjugam e fazem um maravilhoso sexo a dois. Trocam uma das cópias de seus DNAs, e após este momento mágico, as células se separam. Isso mesmo: houve sexo, sem reprodução, porque havia duas células antes da conjugação e há duas células depois dela. A partir daqui ocorre meiose, mas a reprodução destes protozoários é por fissão binária.
Por quê então o sexo sai caro? Na reprodução assexuada, todo o material genético é passado para a próxima geração, que será composta de clones do progenitor. Já na reprodução sexuada, metade do material genético da mãe é perdido na próxima geração, porque metade do genoma do embrião será do pai e metade da mãe. Mas se é tão caro assim, como este modo de reprodução manteve-se na maioria das formas de vida pluricelulares? Não há um veredito sobre o assunto. Vale lembrar que reprodução sexuada e a cópula não são sinônimos! A cópula é apenas a passagem de material genético dos animais de reprodução interna, enquanto a reprodução sexuada precisa necessariamente gerar um novo indivíduo contendo metade dos genes do pai e metade da mãe.
Além do mais, considerando que a fecundidade (quantidade de filhotes/ indivíduo) é igual para fêmeas que se reproduzem sexuadamente e assexuadamente ao longo das gerações a freqüência de indivíduos sexuados tende a cair na população. Olhando pro esquema fica mais fácil:
Pelo seguinte: considerando que a parte da população que se reproduz sexuadamente vai precisar dividir-se ainda em machos e fêmeas, a proporção de fêmeas sexuadas tende a cair, numa população onde as duas existam. Por isso é tão difícil de explicar o sexo, apesar de entender seu custo ser mais fácil!
Existem algumas idéias que tentam explicar a permanência do sexo na maioria das linhagens evolutivas, e a implicância da manutenção do sexo (e aqui entendam por cariogamia) para nós, humanos. Mas esta é uma outra história.

Para saber mais:

Ridley, M (2004) Evolução, 3a Edição. Editora Artmed, Porto Alegre.

Geometria da Vida

Já tiveram a impressão de que o copo de 500ml não é muito maior do que o copo de 300ml? Eu sempre fiquei incomodado com isso... Como será que um pequeno aumento desses no tamanho e largura do copo podem acomodar quase o dobro do volume de um copo de 300ml? A matemática explica.
A relação superfície/volume é extremamente importante em estudos biológicos: ela muitas vezes determina mudanças de forma associadas à mudança de tamanho. Fica mais fácil de explicar com figuras idealistas. Um quadrado de lado 1cm, possui área 1cm2, e volume 1cm3.

Vamos aumentá-lo em uma unidade, agora. Ele terá lado 2cm, área 4cm2 e volume 8cm3. Caso aumentássemos ainda mais o aumento em unidades de medida continuaria desproporcional, porque a área aumenta ao quadrado, enquanto o volume aumenta ao cubo. E o que isso tem a ver com os organismos? TUDO!
Os organismos respondem às leis da física, da mesma forma como os planetas, ou o pão que cai da mesa (geralmente com o lado da manteiga voltado para baixo...). Flutuabilidade, capacidade de vôo, velocidade, entre outras características são diretamente dependente da anatomia dos animais. Por isso, a forma do animal deve atender às demandas físicas.
Imaginem por exemplo, uma ave voadora. A estrutura de ossos, músculos e penas da asa, devem estar equilibradas com o tipo de vôo e peso do animal. Uma ave que crescesse demais e mantivesse as proporções da asa e corpo, por exemplo, talvez ficasse tão pesada (já que o volume e peso do corpo aumentam em proporções diferentes da área da asa), que talvez não conseguisse alçar e manter vôo.
Mudanças de forma, função e hábito caminham em paralelo. Ainda falando das aves, as aves grandes e pesadas em geral deixam de voar, ou alçam vôo com mais dificuldade, e passam a ser mais cursoriais (andam no solo) ao longo de suas evoluções; avestruzes, galinhas e perdizes exemplificam bem essa tendência.
Devemos tomar cuidado com extrapolações e determinismos: nem sempre a mudança do tamanho está diratamente à mudanças no hábito. O Kiwi, por exemplo: Não, não este kiwi! Este aqui: do gênero Apteryx (“sem asa”, em grego). Esta ave sofreu uma grande redução do tamanho do corpo ao longo da sua evolução, se comparado com outras ratitas (grupo que engloba aves como avestruzes, emas, e o extinto moa). Alguém poderia então alegar que ele é um exímio voador! No entanto, ele não só não voa (não possui asas, como o nome do gênero indica) como é um excelente corredor! Mas todas as ratitas vivas são cursoriais, e o kiwi não é exceção. Por causa das características herdadas por seus antepassados e não modificadas no curso da evolução, como redução das asas, por exemplo, o tamanho de corpo dele nada tem a ver com capacidade de vôo; talvez tenha com sua velocidade na corrida.
É interessante quando encontramos intersessões disciplinares! Matemática, física e biologia se unem nos estudos de evolução da forma, que desperta interesse em pesquisadores de diversos lugares e áreas de estudo. Espero ter conseguido ilustrar um pouco a importância da geometria nas formas biológicas para que os organismos sejam o que são, e façam o que fazem. Este assunto possui uma vasta literatura de grande espectro de abrangência; talvez mais pra frente a gente volte a discutir um pouco mais sobre a evolução da forma!

Sobre coxas e Sobrecoxas - Continuação -

Se eu pedisse a alguém num churrasco que me passasse uma coxa de frango, dificilmente alguém o faria certo. Muitas pessoas confundem as coxas com as canelas dos frangos. Isso se deve ao fato dos dinossauros adotarem uma postura digitígrada, ou seja, que caminha com os dedos, na ponta dos pés. Se repararem na foto, entenderão melhor: os ossos da “planta” do pé (metatarsos) estão fusionados e erguidos, parecendo uma estrutura única, mas os ossos dos dedos (falanges), não. Como os metatarsais não tocam o solo, muita gente acha que as aves (e outros dinosauros) possuem o joelho voltado para trás, o que claramente não é verdade. A postura digitígrada é recorrente na natureza, assim como a plantígrada(metatarsais tocam o solo, figura A), e permite que os animais sofram menos atrito com o solo, durante a locomoção. Isso possibilita animais pequenos correrem mais rápido, e animais grandes, com suas patas colunares, deslocarem seu peso com menos gasto energético.
A primeira vez que alguém olhou para aves como dinossauros foi na segunda metade do século XIX, quando um brilhante biólogo inglês chamado Thomas Huxley, concluiu que “aves nada mais são do que répteis glorificados”. Comparando as patas de aves e terópodes, ele observou que o número de falanges e posição estrutural dos dedos era basicamente a mesma: três dedos pra frente, e um pra trás. Mas as semelhanças anatômicas não param por aí.
Os primeiros dinossauros, no final do Triássico, eram digitígrados, já apresentavam o acetábulo (encaixe do fêmur na região da bacia) perfurado, além da redução dos dedos (imagem da pata de um tiranossauro), características visíveis nas aves ainda hoje (reparem na foto da fúrcula, mais abaixo). É interessante notar que pterossauros não possuem acetábulo perfurado (a concavidade da foto marcada por "ac" é o acetábulo), eram plantígrados e sua estrutura de asa é enormemente diferente da das aves, como mostra a figura; Isso nos mostra que Pterosauros não são dinossauros, e representam uma linhagem evolutiva distinta, apesar de serem arcossauros, como os dinossauros e crocodilos o são.
O osso da sorte, ou fúrcula (osso bifurcado em frente ao esterno no peito das aves), estava presente também em outros terópodes. Este osso é relativamente flexível, e ao se deformar para acomodar o batimento das asas, permite um vôo mais eficaz. Outra característica que possibilita o vôo é o esqueleto pneumatizado (oco). Isso reduz grandemente o peso do animal, e aves atuais possuem maior peso em penas do que em ossos, por incrível que pareça! No entanto, como para várias outras características, a fúrcula e o esqueleto pneumatizado não são exclusivos das aves: os terópodes em geral já apresentavam estas características. Animais predadores-corredores se beneficiariam de um esqueleto oco por permitir a redução do peso do corpo, permitindo um deslocamento mais rápido.
As aves atuais não possuem dentes verdadeiros (algumas aves possuem uma serrilha no bico). No entanto, olhando para o bico do Archaeopteryx, provavelmente uma das primeiras aves, é possível ver dentes. Um experimento com embriões de galinha demonstrou que apenas algumas modificações na expressão de um gene inativaram a formação dos dentes nas aves. Estes pesquisadores, ao induzirem a expressão da molécula que havia sido inativada, conseguiram gerar galinhas com dentes!
Um experimento do século passado, desenvolvido por Hampé, gerou embriões de galinha com anatomia das patas muito semelhante àquela dos répteis. Uma análise mais detalhada nos mostra que as patas das aves diferem das de outros répteis por possuírem ossículos do tornozelo fusionados, e uma fíbula reduzida. Quando experimentalmente, se induz um crescimento maior da fíbula, nota-se a formação daqueles ossículos do tornozelo que haviam sido perdidos ao longo da evolução. Isso nos mostra que muitas vezes, o potencial genético necessário para formar certas estruturas não foi perdido, faltando apenas um estímulo para que a formação ocorra.
Espero que depois de digerir tanta anatomia, a gente consiga escolher certo entre a coxa e a canela num churrasco de dinossauro. E da próxima vez que formos ao açougue, jamais permita que vendam canela como coxa, nem coxa como "sobrecoxa"! =]

Coxinha de dinossauro?

As aves povoam desde sempre o imaginário humano, com representações que datam da pré-história, como pinturas rupestres (Esta é de Serranópolis, Goiás). Deuses egípcios importantes como Hórus, Rá e Tot eram representados por aves. Para não falar na infinidade de mitos e lendas sobre aves, como Fênix, até mais recentes como a cegonha, dos bebês. Engraçado como não vemos pinturas de tiranossauros ou velocirraptores, nem ouvimos lendas sobre brontossauros-da-cara-preta ou triceratops-sem-cabeça...? Talvez não.
Ao contrário do que inúmeras vezes se vê em filmes, desenhos e histórias em quadrinhos, homens e grandes dinossauros jamais co-habitaram, por viverem em períodos distintos; eu disse GRANDES dinossauros. Isso mesmo: neste exato momento, fora da sua janela, uma infinidade de dinossauros ronda por aí, caçando suas presas, defendendo e alimentando seus filhotes, entre outros afazeres dinossaurescos.

Quando descrevemos uma ave, imediatamente falamos sobre as cores e formas de suas penas; uns alunos mais interessados podem apontar ossos pneumáticos (ocos), e talvez um homem do campo se lembre dos ninhos complexos e do ato de chocar os ovos, como características diagnósticas das aves.

O problema começa quando olhamos para trás, para o registro fóssil.

Dromeossauros, dinossauros provavelmente predadores e corredores, descobertos no final do século passado, revelavam estruturas seriadas ao longo de seus braços, com forma de penas. Não precisam acreditar em mim: olhe-os vocês mesmos!



Tá, não eram lá penas complexas como as das primeiras aves, bem representadas pelo Archaeopteryx (significa asa antiga ou arcaica, em grego), e sim pequenas e simples. Mas se os dromeossauros não voavam, pra que então serviriam as tais penas? Durante algum tempo especulou-se que pudessem ser utilizadas em rituais de corte, para conquistar parceiros (como algumas pessoas fazem com as roupas, hoje em dia). Em um segundo momento, o conhecimento acumulado ao longo deste tempo permitiu a proposição de uma elegante hipótese, baseada em algumas premissas:
.Dinossauros eram animais de sangue frio (a temperatura corporal era influenciada pela temperatura do ambiente).
.A linhagem Theropoda (Theros: Animal terrível, monstruoso; podos: pés) que comporta figurões como Tyranosaurus rex e Velociraptor, era composta principalmente de animais caçadores-corredores, dependentes de um metabolismo elevado para conseguirem seu alimento.
.Penas simples podem não servir para o vôo, mas dão ótimos cobertores para o frio!
Os pesquisadores imaginaram que os dinossauros caçadores-corredores com a temperatura corpórea mais estável ao longo da mudança natural de temperatura puderam manter suas atividades metabólicas mesmo nos períodos de frio mais severo, talvez possibilitando até mesmo viver em lugares antes impossíveis para esses animais, devido às baixas temperaturas.
Talvez um de vocês alegaria: e o cuidado parental? Nunca saberemos como os dinos cuidavam de seus filhotes? Bom talvez não TODOS os dinos. Mas havia um terópode, que foi encontrado sobre ovos, na Mongólia, em 1923. Inicialmente, interpretou-se que este animal havia morrido enquanto tentava roubar ovos de um Ceratops, o que o garantiu o nome de Oviraptor philloceratops, que significa “o ladrão de ovos de Ceratops”. Posteriormente, na década de noventa, viu-se que aqueles ovos eram de terópodes, e que possivelmente aquele animal teria morrido enquanto repousava sobre seus ovos! Outros ovos de terópodes foram encontrados dispostos em maneira ordenada, indicando fortemente uma preocupação em organizar os filhotes. Mais do que isso: seus ovos estavam dispostos de maneira ordenada, indicando um cuidado organizacional encontrado não nos répteis, mas nas aves.
E o que os ossos têm a nos dizer? Cenas do próximo capítulo! Discutiremos como a anatomia comparada e a biologia do desenvolvimento (jargão científico para embriologia, crescimento e envelhecimento dos organismos) nos ajudaram a entender melhor a evolução das esplêndidas aves! (Na foto, um anu branco. Dinossauresco?)