Como eram os ancestrais dos mamíferos?

Biologia em milhares Os ancestrais dos mamíferos botavam ovos. Se sim, por que nunca encontramos evidências claras disso no registro fóssil? E o que um pequeno esqueleto preservado há cerca de 250 milhões de anos pode revelar sobre essa história?

Oi, eu sou a Mila Massuda e no episódio de hoje do Biologia em Meia Hora, a gente vai conversar sobre um dos maiores mistérios da evolução dos mamíferos e sobre um fóssil que pode ter sido preservado ainda dentro de um ovo. Por mais de 180 anos, os cientistas trabalham com a hipótese de que os primeiros representantes da linhagem que levou aos mamíferos botavam ovos.

E essa ideia faz super sentido, principalmente quando a gente olha para os mamíferos mais antigos e que existem até hoje, os monotremados. Esses carinhas são famosos por botarem ovos em vez de dar à luz a filhotes já formados, mas ao mesmo tempo eles amamentam. Os principais exemplos dessa galera são o ornitorrinco e as equídenas, que vivem na Austrália e na Nova Guiné.

Mas ouve só, apesar dessa hipótese de ancestrais que botavam ovos ser mega aceita há muito tempo, sempre existia um problema. Faltava uma evidência direta. A gente não tinha nenhum ovo, nenhum embrião, nada que confirmasse isso de forma mais concreta no registro fóssil.

Ok, a gente sabe que a fossilização não é um processo fácil, pois depende de condições muito específicas. Mas o curioso é que ovos fossilizados aparecem em vários outros grupos de vertebrados. A gente encontra ovos de dinossauro, por exemplo, muitas vezes com embriões preservados dentro deles.

Agora, quando o assunto são os ancestrais dos mamíferos, o registro parece simplesmente vazio. É lógico que isso gera uma polguinha atrás da orelha. Será que esses antepassados dos mamíferos realmente botavam ovos? Ou será que os monotremados são uma linhagem diferente que acabou desenvolvendo essa característica de forma independente?

Essa segunda hipótese não parece muito provável, mas cadê a evidência para a primeira?

Só que para começar a responder isso, a gente precisa dar um pequeno passo para trás e entender de onde vêm os mamíferos. Porque quando a gente fala em mamíferos, a gente está falando de um grupo que faz parte de uma história evolutiva muito antiga. Tudo começa lá atrás, com os primeiros vertebrados. Animais muito mais simples. Com o tempo, surge uma inovação evolutiva importante, a mandíbula.

Pois é, até então, nossos ancestrais não tinham essa estrutura que permite capturar alimento com mais eficiência. A partir daí, essa linhagem foi se diversificando em vários grupos de peixes, alguns com o esqueleto cartilaginoso, outros com o esqueleto ósseo.

E é dentro de um desses grupos de peixes ósseos que aparecem os ancestrais dos vertebrados terrestres, os primeiros tetrápodes. Os tetrápodes são vertebrados terrestres que possuem ou descendem de ancestrais com quatro membros locomotores. É, a gente não pode esquecer que as cobras, apesar de não terem quatro membros locomotores, também são tetrápodes.

Bom, mas o que importa agora é que esses animais ancestrais são os primeiros a explorar o ambiente fora da água. No começo, eles ainda dependiam da água para se reproduzir, como os anfíbios fazem até hoje. Mas em algum momento surgiu uma inovação que mudou tudo, de novo, que é o ovo amniótico. Esse nome vem de uma das estruturas presentes nesse tipo de ovo, o âmnio.

O âmnio é uma membrana que envolve o embrião e forma uma espécie de bolsa cheia de líquido, funcionando como um ambiente aquoso protegido mesmo fora da água.

Além dele, esse ovo também tem outras estruturas importantes que ajudam na troca de gases, na eliminação de resíduos e na nutrição do embrião. Ou seja, é como se fosse um pequeno sistema de suporte à vida, tudo organizado dentro de um único pacote. E isso permite que o desenvolvimento aconteça completamente fora da água.

A partir daí, essa linhagem se divide em dois grandes grupos. De um lado, os sauropsídeos, que vão dar origem aos répteis e às aves. Do outro, os sinapsídeos, que são os ancestrais dos mamíferos. Uma das principais diferenças entre eles aparece no crânio desses animais. Se a gente olhar para o lado do crânio, atrás da região dos olhos, existem aberturas chamadas de fenestras.

Essas aberturas ajudam a reduzir o peso do crânio e também servem como pontos de fixação para os músculos da mandíbula. Nos sauropsídeos, normalmente, existem duas dessas aberturas, enquanto nos sinapsídeos, há apenas uma. Pode parecer um detalhe pequeno, mas isso está relacionado com diferenças importantes na forma de mastigar e processar o alimento.

E ao longo do tempo, essas mudanças na musculatura e no funcionamento da mandíbula vão estar diretamente ligadas à evolução de características típicas dos mamíferos como uma mastigação mais eficiente. Ou seja, essa divisão reflete caminhos evolutivos bem diferentes que vão levar, de um lado, aos répteis e às aves, e do outro, eventualmente, a nós.

É dentro desse grupo dos sinapsídios que está o grande mistério. Porque, se o ovo amniótico surgiu antes dessa divisão, então, em princípio, tantos répteis quanto os ancestrais dos mamíferos deveriam botar ovos.

Só que quando a gente olha para os fósseis, essa evidência não aparece. E esse vazio no registro fóssil acontece em um dos momentos mais extremos da história da Terra. A gente está falando de cerca de 250 milhões de anos atrás, logo depois da maior extinção em massa que já aconteceu no planeta.

Esse evento ficou conhecido como a extinção do permiano ou extinção permotriássica. Tem ainda gente que se refere a esse evento como The Great Dying, que significa a grande morte. E não é exagero. Estima-se que cerca de 90% das espécies marinhas e mais de 70% das espécies terrestres desapareceram.

Os ecossistemas entraram em colapso. O clima mudou de forma intensa. Grandes erupções vulcânicas liberaram quantidades enormes de gases na atmosfera. O planeta ficou mais quente, mais seco e, em muitos lugares, praticamente inóspito. Era um mundo instável, imprevisível e, para a maioria dos seres vivos, simplesmente inviável.

Entretanto, enquanto a maior parte da vida desaparecia, alguns grupos não só sobreviveram, como passaram a dominar os ambientes terrestres. Um desses grupos era formado por animais chamados listrossauros.

O listrossauros era um tipo de sinapsídio, ou seja, fazia parte daquela linhagem que muito tempo depois daria origem aos mamíferos. Era um animal herbívoro de corpo robusto com um bico córneo e duas presas.

Meio estranho, mas extremamente bem sucedido. Fósseis dele são encontrados em grande quantidade em diferentes regiões do planeta, o que indica que por um período ele foi um dos animais mais comuns da Terra. Talvez você esteja aí pensando, tá Camila, mas o que esse bicho tem de relevante para a nossa história?

E como ele conseguiu sobreviver em um mundo onde quase tudo estava dando errado? Bom, existem várias hipóteses. Algumas sugerem que ele podia entrar em estados de baixa atividade parecidos com um torpor. Outras apontam para uma grande capacidade de adaptação a ambientes extremos.

Mas uma possibilidade que vem ganhando força tem a ver com algo que a gente já começou a discutir aqui. A forma como esses animais se reproduziam. E é aí que entra em cena um fóssil encontrado na África do Sul que pode ajudar a responder essa história.

Ele foi encontrado em uma região chamada Bacia do Caru, que é uma das áreas mais importantes do mundo para o estudo desses animais antigos. Foi coletado ainda nos anos 2000 e à primeira vista não parecia ter nada de muito especial. Era mais um entre vários fósseis de listrossauros encontrados por ali. Mas tinha um detalhe.

Dentro daquela rocha havia um esqueleto extremamente pequeno, minúsculo, com o corpo todo curvado. Isso chamou a atenção dos pesquisadores porque essa posição não é aleatória. Ela lembra muito a postura de embriões dentro de ovos em vários grupos de vertebrados.

Só que tinha um problema. Não havia nenhum vestígio de casca ou alguma estrutura preservada que permitisse dizer com certeza que aquilo era um ovo. Então, por muito tempo, a compreensão completa desse fóssil ficou meio que em aberto.

Era um indivíduo muito jovem, isso estava claro. Mas ele tinha morrido dentro de um ovo? Ou aquela posição era apenas resultado do processo de fossilização? E aqui entra um ponto importante sobre como a ciência funciona.

Nem sempre a gente consegue responder uma pergunta no momento em que um fóssil é encontrado. Às vezes, a resposta depende de muitas pesquisas, novas hipóteses ou de tecnologias que ainda nem existem.

E foi exatamente isso que aconteceu nesse caso. Anos depois da descoberta, os pesquisadores decidiram analisar esse fóssil usando técnicas modernas de imagem. Em vez de quebrar a rocha para tentar ver o que tinha dentro, eles utilizaram tomografia.

uma técnica que usa raios-x para observar estruturas internas sem destruir o material. O nome tomografia vem do grego, unindo tomos, que pode ser traduzido como fatia ou corte, e grafia, que significa estudo ou escrita.

Ou seja, tomografia significa o estudo através de cortes porque o exame utiliza raio-x para produzir imagens transversais como se fatiasse o objeto, permitindo visualizar o interior em camadas. Mas não foi só isso. Eles utilizaram um tipo ainda mais avançado de tomografia feita em um equipamento chamado sincrotron.

Um sincroton é uma máquina gigantesca, geralmente em formato circular, onde partículas são aceleradas a velocidades altíssimas próximas à velocidade da luz. Quando essas partículas mudam de direção dentro desse anel, elas liberam uma radiação muito intensa, incluindo raios-x extremamente potentes e altamente controlados.

Esses raios-x são muito mais precisos do que os da tomografia convencional, permitindo observar estruturas internas com um nível de detalhe absurdo. No caso desse fóssil, isso significa que os cientistas conseguiram entrar virtualmente na rocha e reconstruir o esqueleto em três dimensões sem precisar remover nenhum fragmento sequer. E foi aí que a história começou a mudar. E aí

Porque ao observar esse pequeno esqueleto em detalhes, os cientistas perceberam que ele tinha características muito específicas de um animal que ainda não tinha terminado de se desenvolver. E essas características começaram a apontar para uma possibilidade muito putz que da hora. A de que aquele indivíduo pode ter morrido antes mesmo de nascer.

Ou, mais precisamente, ainda dentro de um ovo. Gente, eu vou dar uma paradinha aqui para agradecer a todos que apoiaram a campanha do meu livro com o Reinaldo José Lopes, A Teia da Vida, lá no Catarse.

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Como é que os cientistas sabiam disso? Como eles chegaram à conclusão de que o tal fóssil pode ser um embrião e não somente um filhote muito jovem? E eu te respondo. Os pesquisadores analisaram um conjunto de características.

A primeira a gente já sabe, a posição do corpo. O pequeno listrossauros estava completamente curvado, com o corpo enrolado sobre si mesmo, ocupando um espaço muito compacto. Essa postura é muito comum em embriões de vertebrados que se desenvolvem dentro de ovos. É uma forma de acomodar o corpo dentro de um espaço limitado.

Mas sozinha essa evidência não era suficiente, porque em alguns casos, processos de fossilização também podem acabar deixando o corpo em posições semelhantes. Então, os cientistas precisaram olhar para outras coisas.

Quando eles analisaram os ossos desse indivíduo, perceberam que várias estruturas ainda não estavam completamente formadas. Alguns ossos apresentavam um grau de ossificação muito baixo, o que indicava um estágio inicial de desenvolvimento.

Mas teve outro detalhe que chamou ainda mais a atenção. A mandíbula. Nos indivíduos mais desenvolvidos de listrossauros, os ossos da mandíbula já estão fundidos, formando uma estrutura mais rígida. Mas nesse pequeno espécime, essa fusão ainda não tinha acontecido.

Os ossos da mandíbula ainda estavam separados, conectados por tecido que, em vida, seria cartilaginoso. E isso é mega interessante, porque em vários grupos de vertebrados atuais que botam ovos, como as aves e as tartarugas, essa região da mandíbula só se fecha completamente nos estágios finais do desenvolvimento ainda dentro do ovo.

Ou seja, esse indivíduo provavelmente ainda não tinha atingido o estágio necessário para sobreviver por aí fora de um ovo. Além disso, outras partes do esqueleto também indicavam um desenvolvimento incompleto. As articulações ainda não estavam totalmente formadas. Algumas regiões que em indivíduos mais velhos já seriam ossificadas ainda estavam em um estado mais molinho.

Isso sugere que o corpo desse animal ainda não teria sustentação suficiente para se locomover ou se alimentar sozinho. E quando a gente junta tudo isso, a posição do corpo, o grau de desenvolvimento dos ossos, a mandíbula ainda não fusionada, tudo começa a apontar para a mesma direção. Esse não é apenas um filhote.

Esse é um indivíduo que provavelmente estava em desenvolvimento, um embrião. E se isso estiver correto, a implicação é enorme, porque significa que a gente pode estar olhando para uma das primeiras evidências diretas de que esses ancestrais dos mamíferos botavam ovos.

Mas a história não para por aí, porque os cientistas não estavam interessados apenas em saber se esse animal estava dentro de um ovo. Eles também queriam entender como era esse ovo e o que ele podia revelar sobre a forma de vida desses animais. E aqui entra uma parte bem interessante da pesquisa.

Mesmo sem a casca preservada, dá para estimar o tamanho do ovo com base no espaço ocupado pelo esqueleto. Aquele corpo curvado, bem compactado, acaba delimitando mais ou menos o volume que esse ovo teria.

E quando os pesquisadores fizeram essa estimativa, eles chegaram a um resultado curioso. Para o tamanho do animal, esse ovo era relativamente grande. E isso não é um detalhe qualquer. O tamanho do ovo está diretamente relacionado com o desenvolvimento do filhote.

De forma geral, ovos maiores tendem a ter mais reservas de nutrientes, e isso permite que o embrião se desenvolva mais completamente antes de nascer. Ou seja, o filhote já sai do ovo mais pronto, mas independente, com maior capacidade de se locomover e de se alimentar.

Esse tipo de estratégia é chamado de desenvolvimento precoce, em contraste com espécies em que os filhotes nascem muito dependentes, precisando de cuidado intenso dos pais. Está entendendo onde estamos chegando?

Perceba que isso começa a se conectar com o ambiente em que o listrossaurus vivia, um mundo instável, com poucos recursos e condições difíceis. Nessas situações, faz bastante sentido que os filhotes precisem ser mais independentes desde cedo

e que a evolução, por meio da seleção natural, mantenha organismos com essa característica, já que depender de cuidado prolongado pode ser arriscado e extremamente custoso. Além disso, ovos maiores também têm uma vantagem importante em ambientes secos. Eles perdem menos água proporcionalmente, o que reduz o risco de desidratação durante o desenvolvimento.

E isso pode ter sido um fator importante em um planeta que estava mais quente e mais árido. Ou seja, quando a gente olha para o tamanho desse ovo, a gente não está vendo só uma medida. A gente está vendo pistas sobre o comportamento, sobre o desenvolvimento e até sobre as estratégias de sobrevivência desses animais.

E essas pistas começam a apontar para um quadro bem diferente daquele que observamos na maioria dos mamíferos atuais. Porque aqui entra um detalhe importante. Se esses animais colocavam ovos relativamente grandes e os filhotes já nasciam mais desenvolvidos, então, talvez, eles não dependessem de algo que hoje é praticamente uma marca registrada dos mamíferos.

O leite. Tá vendo como a ciência é um saco sem fundo? A gente entende melhor uma parte de um fenômeno ou de um objeto de estudo e já na sequência outras mil perguntas começam a surgir. Então a pergunta do momento passa a ser Se esses animais botavam ovos e os filhotes já nasciam relativamente desenvolvidos, será que eles produziam leite?

Hoje, quando a gente pensa em mamíferos, a produção de leite é uma das características mais marcantes do grupo. É praticamente o que define um mamífero.

Mas ao longo da evolução, essa característica não surgiu pronta do jeito que a gente conhece hoje. Existe uma hipótese bastante aceita de que o leite teve uma origem bem diferente. Em vez de ter surgido como uma forma de alimentar os filhotes, ele pode ter começado como uma secreção da pele associada aos ovos.

uma substância que ajudava a manter o ovo úmido, proteger contra micro-organismos e talvez fornecer alguns nutrientes adicionais durante o desenvolvimento. Ou seja, algo mais parecido com um cuidado com o ovo do que com a alimentação direta do filhote.

E isso faz bastante sentido quando a gente pensa em ovos com casca mais mole, que seriam mais vulneráveis à desidratação e a infecções. Nesse contexto, produzir uma secreção protetora poderia aumentar as chances de sobrevivência do embrião.

Agora, quando a gente olha para o caso do listrossaurus, existe um detalhezinho aí. Os ovos parecem ser relativamente grandes e isso sugere que havia uma boa quantidade de nutrientes disponível dentro deles na forma de vitelo.

O que significa que o embrião provavelmente conseguia se desenvolver bastante antes de nascer. E se o filhote já nascia mais desenvolvido, com maior autonomia, a necessidade de um cuidado pós-nascimento com a alimentação com leite provavelmente era menor.

Isso não quer dizer que nenhum tipo de secreção existia, mas indica que, se existia, ela provavelmente ainda não tinha o papel central que o leite tem nos mamíferos atuais. E isso ajuda a gente a entender um outro aspecto.

A lactação não surgiu de uma vez só. Ela foi sendo construída ao longo do tempo a partir de funções que originalmente não tinham nada a ver com alimentar filhotes. E é comparando animais como listrossauros com formas mais próximas dos mamíferos que a gente começa a reconstruir esse processo. Ai, gente, olha que história bonita!

Sabe, no fim das contas, o que esse fóssil mostra não é apenas um detalhe curioso sobre um animal que viveu há milhões de anos. Ele ajuda a preencher uma lacuna importante na história da vida. Porque durante muito tempo, a ideia de que os ancestrais dos mamíferos botavam ovos fazia sentido, mas estava apoiada mais em inferências do que em evidências diretas.

E agora, pela primeira vez, a gente tem um conjunto de pistas que aponta de forma mais consistente nessa direção. Um pequeno esqueleto, curvado, com características de um indivíduo que ainda não tinha terminado de se desenvolver, possivelmente preservado antes mesmo de nascer. Ok, isso não resolve todas as dúvidas, mas tudo bem, porque a ciência raramente funciona assim.

Acho que a parte mais legal e que me deixa mais apaixonada é que o tipo de pergunta que a gente faz vai mudando conforme entendemos mais. Em vez de questionar se esses animais botavam ovos, a gente passa a investigar como esses ovos eram, como se desenvolviam e como essa estratégia se transformou ao longo do tempo. Isso também abre uma janela para entender algo maior.

Como surgem características que hoje parecem tão definidoras, como a gestação interna ou a produção de leite? Nada disso apareceu pronto. Tudo isso tem uma história. Uma história feita de transições, pressões seletivas, adaptações e soluções diferentes para os mesmos desafios.

E às vezes, tudo que a gente precisa para começar a reconstruir essa história é um único fóssil bem preservado. Que venham outros. Eu sou a Mila Massuda e esse foi o Biologia em Meia Hora.