Plasticidade fenotípica – Como os peixes aprenderam a andar?

É consenso entre os cientistas que a vida na Terra tenha surgido no mar. A partir daí, a evolução por meio da seleção natural tem moldado os organismos ao longo das eras, e a vida cresceu e se diversificou nos ambientes aquáticos até eventualmente conquistar os ambientes terrestres. Vários grupos colonizaram a Terra independentemente, sendo as plantas os organismos pioneiros e responsáveis por preparar o terreno para os invertebrados, como os artrópodes, e posteriormente os tetrápodes.

Acredita-se que os tetrápodes tenham surgido a cerca de 400 milhões de anos a partir de peixes pulmonados ancestrais pertencentes ao grupo dos Sarcopterygii, dentre os quais os Elpistostegídeos são os ancestrais mais antigos. Os peixes deste grupo apresentam nadadeiras lobadas que são suportadas por um eixo esquelético rodeado por músculos, ao contrário dos Actinopterygii que apresentam as nadadeiras suportadas por raios. Essas modificações nas nadadeiras destes peixes, possivelmente permitiam a manipulação do substrato, durante a procura por possíveis presas no fundo de rios e lagos por exemplo. Além disso, mesmo possuindo brânquias, esses peixes já apresentavam pulmões derivados de invaginações do sistema digestivo o que permitiu o uso do ar atmosférico na respiração e consequentemente algumas incursões no meio terrestre.

Comparação das nadadeiras de Actinopterygii e Sarcopterygii

Naquele período a vida no ambiente aquático estava ficando cada vez mais difícil, principalmente com a alta competição entre as várias espécies existentes e a redução da oxigenação de águas rasas devido ao acúmulo de matéria orgânica. Logo, essas dificuldades pressionaram esses animais a se aventurar no ambiente terrestre, onde havia abundância de presas, vegetais, oxigênio livre no ar, refúgio contra predadores e novos nichos a serem explorados. Assim, as nadadeiras teriam dado origem as patas através de alterações no aparelho locomotor e os tetrápodes foram desenvolvendo mudanças morfológicas e fisiológicas (alterações esqueléticas, comportamentais, reprodutivas, nos mecanismos de retenção de água, etc.) que permitiram seu estabelecimento efetivo na terra. Porém, a origem dessas mudanças evolutivas nos tetrápodes ainda é um mistério, pois os registros de espécies transitórias são escassos.

O experimento

Em um experimento sem precedentes, pesquisadores canadenses utilizaram Polypterus senegalus, um peixe africano de água doce com a notável capacidade de sobreviver e locomover-se em terra como um modelo para trazer respostas a estas perguntas. Os peixes do gênero Polypterus são membros do grupo dos Actinopterygii e não possuem relação de parentesco com os tetrápodes. Entretanto, estes peixes apresentam várias características morfológicas similares à dos Elpistostegídeos, entre elas: o corpo alongado, as nadadeiras peitorais posicionadas na região ventro-lateral do corpo e os pulmões funcionais. Portanto, este trabalho serve como uma analogia que permite ilustrar os tipos de mudanças que poderiam ter ocorrido nas barbatanas dos ancestrais dos tetrápodes e como a plasticidade afetou o processo de evolução dos membros.

No experimento dois grupos de indivíduos jovens foram criados em condições diferentes. O primeiro foi criado em ambiente terrestre e o segundo em ambiente aquático, ambos os grupos recebendo a mesma quantidade de alimento. Assim, os indivíduos dos dois grupos foram analisados comparando sua movimentação fora da água para observar possíveis mudanças no comportamento e na anatomia. Após 8 meses de experimento, observou-se que os indivíduos criados em meio terrestre desenvolveram uma locomoção mais efetiva, com movimentos mais rápidos e sincronizados, maior controle das oscilações na cauda e nas nadadeiras, maior elevação da cabeça, menor fricção do corpo com a superfície terrestre e curvatura corporal mais acentuada que os animais criados em ambiente aquático. Também foram observadas um série de modificações na anatomia dos peixes terrestres em relação à estrutura óssea e a musculatura, que permitiram o desenvolvimento de locomoção diferenciada.

Estas observações demonstram que o ato de caminhar é energeticamente mais dispendioso que a natação, assim estes indivíduos precisaram desenvolver uma locomoção mais eficiente para compensar o gasto, o que deu grande vantagem aos animais criados em terra. Os resultados também fornecem evidência para a plasticidade fenotípica no desenvolvimento, em que os organismos alteram sua anatomia, comportamento e fisiologia em resposta às mudanças nas condições do ambiente. A equipe sugere que este processo, poderia ter dado aos primeiros ancestrais dos tetrápodes a capacidade de se aventurar em terra, onde estariam expostos às pressões seletivas de um ambiente terrestre.

Video do experimento publicado pela Nature

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Referência

Artigo original da Nature: Developmental plasticity and the origin of tetrapods