Um evento importante na evolução dos vertebrados foi a transição da vida aquática para a terrestre, possibilitada pelo surgimento de novas estruturas, como membros e o pescoço.
Vistas lateral e dorsal de renderizações tridimensionais a partir de tomografias de alta resolução de peixe-zebra, bichir, peixe-pulmonado, axolote, tritão e lagarto. As reconstruções mostram o esqueleto anterior dos espécimes, bem como os grupos musculares que conectam a cabeça ao resto do corpo, com origem embrionária no mesoderma somítico (azul escuro, azul claro) ou no mesoderma cardiofaríngeo (vermelho, roxo).
© Eglantine Heude
Em um artigo publicado na Nature Communications, biólogos estudaram a origem embrionária dos músculos do pescoço e demonstraram que grupos musculares que conectam a cabeça ao resto do corpo em peixes foram reaproveitados para formar o pescoço, adquirindo novas funções adaptadas à vida terrestre.
A evolução do pescoço nos vertebrados: uma inovação chave para a conquista de ambientes terrestres
Os vertebrados (animais com vértebras) constituem um grande grupo de animais que inclui peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos. Um estágio notável em sua evolução foi a transição da vida aquática para a terrestre, há cerca de 350 milhões de anos.
Essa grande evolução foi possibilitada pelo surgimento de inovações anatômicas, como membros e a região cervical, específicas dos tetrápodes (vertebrados de quatro membros). O pescoço, ausente nos peixes, permite a mobilidade da cabeça independente do corpo em terra e contém estruturas essenciais para a respiração aérea, alimentação ou vocalização.
A aquisição de um pescoço funcional durante a evolução exigiu rearranjos profundos no desenvolvimento do sistema musculoesquelético desde o estágio embrionário.
Nos vertebrados, descreve-se que os músculos da cabeça e do tronco têm origens embrionárias e genéticas distintas. O mesoderma é uma das três camadas germinativas que se formam durante o desenvolvimento embrionário. Os músculos da cabeça surgem do mesoderma cardiofaríngeo, que se forma na região anterior do embrião, enquanto os músculos do tronco se formam a partir do mesoderma somítico. O pescoço constitui uma zona de transição na interface cabeça/tronco, com uma origem embrionária mista, apresentando músculos derivados tanto do mesoderma cardiofaríngeo quanto do somítico.
Embora a origem embrionária dessas estruturas musculares estivesse bem estabelecida, a origem evolutiva do pescoço ainda precisava ser elucidada.
Origem embrionária e evolutiva do pescoço: entre mesoderma cardiofaríngeo e somítico
Neste estudo, publicado na revista Nature Communications, os cientistas compararam a origem mesodérmica dos grupos musculares que conectam a cabeça e o tronco em embriões de peixe-zebra e camundongos. Usando abordagens de rastreamento genético, eles demonstraram que esses grupos musculares tinham origens mesodérmicas conservadas e eram homólogos entre peixes e tetrápodes.
Os cientistas então avaliaram as contribuições relativas das duas populações mesodérmicas para o surgimento e adaptação do pescoço. Para isso, compararam a anatomia musculoesquelética de várias espécies estratégicas existentes, incluindo peixes pulmonados (bichir, peixe-pulmonado), salamandras (axolote, tritão) e o lagarto, utilizando tomografias de alta resolução.
Para cada uma dessas espécies, eles segmentaram e reconstruíram manualmente em três dimensões as estruturas esqueléticas e os grupos musculares que conectam a cabeça ao tronco, derivados do mesoderma somítico ou cardiofaríngeo, com base em dados coletados do embrião.
Este estudo fornece insights sobre os mecanismos de desenvolvimento que podem ter estado na origem da evolução do pescoço nos vertebrados. A análise revela que a região cervical evoluiu a partir de grupos musculares já presentes nos peixes. Os resultados indicam que as expansões opostas do mesoderma somítico e cardiofaríngeo, respectivamente nos domínios da cabeça e do tronco durante o desenvolvimento embrionário, contribuíram para o surgimento e adaptação do pescoço dos tetrápodes.
O estudo sugere que grupos musculares em peixes ancestrais foram reaproveitados (cooptados) e modificados para adquirir novas funções relacionadas à respiração, alimentação e vocalização adaptadas à vida aérea. O aparecimento de um pescoço funcional provavelmente facilitou a adaptação dos primeiros tetrápodes aos ambientes terrestres, garantindo seu sucesso evolutivo.