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Fortes, mas leves, bonitas e estruturadas com precisão, as penas são o apêndice cutâneo mais complexo que já evoluiu nos vertebrados. Apesar de os humanos brincarem com penas desde a pré-história, ainda há muito que não entendemos sobre elas.
Nosso novo estudo descobriu que alguns dos primeiros animais com penas também tinham pele escamosa, como a dos répteis.
Após a estreia do primeiro dinossauro com penas, Sinosauropteryx primaem 1996, uma onda de descobertas pintou um quadro cada vez mais interessante da evolução das penas.
Sabemos agora que muitos dinossauros e seus primos voadores, os pterossauros, tinham penas. As penas tinham mais formatos no passado – por exemplo, penas em forma de fita com pontas expandidas foram encontradas em dinossauros e pássaros extintos, mas não em pássaros modernos. Apenas alguns tipos de penas antigas são herdados pelos pássaros hoje.
Os paleobiólogos também aprenderam que as primeiras penas não foram feitas para voar. Os fósseis das primeiras penas tinham estruturas simples e distribuições esparsas no corpo, portanto podem ter sido usados para exibição ou detecção tátil. Fósseis de pterossauros sugerem que eles podem ter desempenhado um papel na termorregulação e na padronização de cores.
Por mais fascinantes que sejam esses fósseis, a plumagem antiga conta apenas parte da história da evolução das penas. O resto da ação aconteceu na pele.
A pele das aves hoje é macia e evoluiu para sustentação, controle, crescimento e pigmentação das penas, ao contrário da pele escamosa dos répteis.
Fósseis de pele de dinossauro são mais comuns do que se pensa. Até o momento, porém, apenas alguns fósseis de pele de dinossauro foram examinados em nível microscópico. Estes estudos, por exemplo um estudo de 2018 de quatro fósseis com pele preservada, mostraram que a pele das primeiras aves e dos seus parentes próximos dos dinossauros (os celurossauros) já era muito parecida com a pele das aves de hoje. A pele semelhante à dos pássaros evoluiu antes do surgimento dos dinossauros semelhantes aos pássaros.
Portanto, para compreender como evoluiu a pele semelhante à das aves, precisamos de estudar os dinossauros que se ramificaram anteriormente na árvore evolutiva.
Nosso estudo mostra que pelo menos alguns dinossauros emplumados ainda tinham pele escamosa, como os répteis de hoje. Esta evidência vem de um novo espécime de Psitacossauroum dinossauro com chifres e penas semelhantes a cerdas na cauda. Psitacossauro viveu no início do período Cretáceo (cerca de 130 milhões de anos atrás), mas seu clã, os dinossauros ornitísquios, divergiu de outros dinossauros muito antes, no período Triássico (cerca de 240 milhões de anos atrás).
No novo espécime, os tecidos moles ficam ocultos a olho nu. Sob a luz ultravioleta, entretanto, a pele escamosa revela-se com um brilho amarelo-alaranjado. A pele é preservada no tronco e nos membros, partes do corpo que não possuem penas.
Essas cores luminosas são provenientes de minerais de sílica responsáveis pela preservação da pele fóssil. Durante a fossilização, fluidos ricos em sílica permearam a pele antes de esta se deteriorar, replicando a estrutura da pele com detalhes incríveis. As características anatômicas finas são preservadas, incluindo a epiderme, as células da pele e os pigmentos da pele chamados melanossomas.
As células fósseis da pele têm muito em comum com as células da pele dos répteis modernos. Eles compartilham tamanho e formato de células semelhantes e ambos têm limites celulares fundidos – uma característica conhecida apenas nos répteis modernos.
A distribuição do pigmento fóssil da pele é idêntica à das escamas dos crocodilos modernos. A pele fóssil, porém, parece relativamente fina para os padrões dos répteis. Isto sugere que as escamas fósseis em Psitacossauro também eram semelhantes em composição às escamas de répteis.
Zixiao Yang/Autor fornecido
As escamas dos répteis são duras e rígidas porque são ricas em um tipo de proteína que constrói a pele, as resistentes proteínas beta córneas. Em contraste, a pele macia das aves é feita de um tipo diferente de proteína, as queratinas, que são o principal material estrutural do cabelo, das unhas, das garras, dos cascos e da parte externa da pele.
Para fornecer proteção física, a pele fina e nua do Psitacossauro deve ter sido composto de proteínas beta córneas resistentes, do tipo réptil. A pele mais macia do estilo pássaro teria sido muito frágil sem penas para proteção.
Coletivamente, as novas evidências fósseis indicam que Psitacossauro tinha pele de réptil em áreas onde não tinha penas. A cauda, que preserva penas em alguns exemplares, infelizmente não preservou nenhuma pena ou pele em nosso exemplar.
No entanto, as penas da cauda de outros espécimes mostram que algumas características da pele semelhantes às das aves já devem ter evoluído para manter as penas no lugar. Portanto, a nossa descoberta sugere que os primeiros animais com penas tinham uma mistura de tipos de pele, com pele semelhante à das aves apenas nas regiões emplumadas do corpo, e o resto da pele ainda escamosa, como nos répteis modernos.
Este desenvolvimento zoneado teria garantido que a pele protegesse o animal contra abrasão, desidratação e patógenos.
Qual o proximo?
A próxima lacuna de conhecimento a ser explorada pelos cientistas é a transição evolutiva da pele de estilo réptil do Psitacossauro à pele de outros dinossauros com mais penas e pássaros primitivos.
Também precisamos de mais experiências que estudem o próprio processo de fossilização. Há muita coisa que não entendemos sobre como os tecidos moles fossilizam, o que significa que é difícil dizer quais características da pele num fóssil são características biológicas reais e quais são simplesmente artefactos de fossilização.
Nos últimos 30 anos, o registo fóssil surpreendeu os cientistas no que diz respeito à evolução das penas. Futuras descobertas de penas fósseis podem ajudar-nos a compreender como os dinossauros e os seus parentes desenvolveram o voo, o metabolismo do sangue quente e como comunicaram entre si.
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