A pele escamosa dos primeiros dinossauros com penas

Fortes mas leves, belas e organizadas com precisão, as penas constituem o apêndice cutâneo mais complexo que alguma vez surgiu nos vertebrados.

Embora os seres humanos utilizem penas desde a pré-história, ainda há muito que desconhecemos sobre elas.

O nosso novo estudo concluiu que alguns dos primeiros animais com penas também possuíam pele escamosa, semelhante à dos répteis.

Desde a apresentação do primeiro dinossauro com penas, Sinosauropteryx prima, em 1996, uma sucessão de descobertas tem revelado um retrato cada vez mais fascinante da evolução das penas.

Sabemos agora que muitos dinossauros e os seus parentes voadores, os pterossauros, tinham penas. No passado, as penas apresentavam formas mais variadas - por exemplo, foram encontradas em dinossauros e aves extintas, mas não em aves modernas, penas em forma de fita com pontas alargadas. Actualmente, as aves apenas herdaram alguns tipos de penas antigas.

Os paleobiólogos também descobriram que as primeiras penas não serviam para voar. Os fósseis das penas iniciais revelam estruturas simples e uma distribuição pouco densa pelo corpo, pelo que poderão ter sido usadas para exibição ou percepção táctil.

Os fósseis de pterossauros indicam que as penas poderão igualmente ter desempenhado um papel na termorregulação e nos padrões de coloração.

Por mais fascinantes que sejam estes fósseis, a plumagem antiga revela apenas uma parte da história da evolução das penas. O restante processo decorreu na pele.

A evolução das penas e da pele das aves

Actualmente, a pele das aves é macia e evoluiu para sustentar, controlar, fazer crescer e pigmentar as penas, ao contrário da pele escamosa dos répteis.

Existem mais fósseis de pele de dinossauro do que se poderia imaginar. Contudo, até agora, apenas um pequeno número desses fósseis foi analisado a nível microscópico.

Estes trabalhos, incluindo um estudo de 2018 sobre quatro fósseis com pele preservada, demonstraram que a pele das primeiras aves e dos seus parentes próximos entre os dinossauros - os celurosauros - já era muito semelhante à pele das aves actuais. A pele semelhante à das aves evoluiu antes do aparecimento de dinossauros com características semelhantes às das aves.

Por isso, para percebermos a evolução da pele semelhante à das aves, é necessário estudar os dinossauros que se separaram mais cedo na árvore evolutiva.

O nosso estudo revela que, pelo menos, alguns dinossauros com penas conservavam pele escamosa, como os répteis actuais. Esta evidência provém de um novo espécime de Psittacosaurus, um dinossauro com cornos e penas semelhantes a cerdas na cauda.

Psittacosaurus viveu no início do período Cretácico, há cerca de 130 milhões de anos, mas o seu grupo, os dinossauros ornitísquios, separou-se dos restantes dinossauros muito antes, durante o período Triássico, há cerca de 240 milhões de anos.

Pele escamosa no dinossauro com penas Psittacosaurus

No novo espécime, os tecidos moles não são visíveis a olho nu. Contudo, sob luz ultravioleta, a pele escamosa torna-se perceptível através de um brilho amarelo-alaranjado. A pele está preservada no tronco e nos membros, regiões do corpo que não tinham penas.

Estas cores luminosas resultam de minerais de sílica responsáveis pela preservação da pele fossilizada. Durante a fossilização, fluidos ricos em sílica infiltraram-se na pele antes de esta se decompor, reproduzindo a sua estrutura com um detalhe extraordinário. Conservam-se características anatómicas minuciosas, incluindo a epiderme, as células da pele e os pigmentos cutâneos denominados melanossomas.

As células da pele fossilizada partilham muitas características com as células da pele dos répteis modernos. Têm dimensões e formas semelhantes, e ambas apresentam limites celulares fundidos - uma característica conhecida apenas nos répteis actuais.

A distribuição do pigmento na pele fossilizada é idêntica à observada nas escamas dos crocodilos modernos. Ainda assim, esta pele parece relativamente fina para os padrões dos répteis. Isto sugere que as escamas fossilizadas de Psittacosaurus também tinham uma composição semelhante à das escamas reptilianas.

As escamas dos répteis são duras e rígidas por serem ricas num tipo de proteína estrutural da pele: as resistentes proteínas beta córneas. Em contraste, a pele macia das aves é constituída por um tipo diferente de proteínas, as queratinas, que são o principal material estrutural do cabelo, das unhas, das garras, dos cascos e da nossa camada exterior da pele.

Para garantir protecção física, a pele fina e nua de Psittacosaurus teria de ser composta por resistentes proteínas beta córneas, à maneira dos répteis. Sem penas que a protegessem, uma pele mais macia, semelhante à das aves, seria demasiado frágil.

No seu conjunto, as novas provas fósseis indicam que Psittacosaurus tinha pele de tipo reptiliano nas zonas sem penas. Infelizmente, a cauda, que em alguns espécimes preserva penas, não conservou penas nem pele no nosso exemplar.

No entanto, as penas da cauda presentes noutros espécimes mostram que algumas características da pele semelhantes às das aves já teriam evoluído para manter as penas no lugar. Assim, a nossa descoberta sugere que os primeiros animais com penas apresentavam uma combinação de tipos de pele: pele semelhante à das aves apenas nas regiões cobertas de penas, enquanto o restante tegumento continuava escamoso, tal como nos répteis modernos.

Este desenvolvimento por zonas teria garantido que a pele protegesse o animal contra abrasão, desidratação e agentes patogénicos.

O que se segue?

A próxima lacuna de conhecimento que os cientistas deverão explorar é a transição evolutiva entre a pele de tipo reptiliano de Psittacosaurus e a pele de outros dinossauros mais densamente cobertos de penas e das primeiras aves.

Também são necessárias mais experiências sobre o próprio processo de fossilização. Ainda desconhecemos muito sobre a forma como os tecidos moles fossilizam, o que dificulta distinguir as características genuinamente biológicas da pele num fóssil dos simples artefactos produzidos pela fossilização.

Ao longo dos últimos 30 anos, o registo fóssil surpreendeu os cientistas no que respeita à evolução das penas. Futuras descobertas de penas fossilizadas poderão ajudar-nos a compreender como os dinossauros e os seus parentes evoluíram o voo, os metabolismos de sangue quente e as formas de comunicação entre si.

Zixiao Yang, investigador de pós-doutoramento, University College Cork, e Maria McNamara, professora de Paleobiologia, University College Cork

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.