Nos vertebrados, a formação de penas, pelos e escamas é geralmente ditada por fatores genéticos moleculares. As escamas na cabeça dos crocodilos são uma exceção, pois resultam de um processo puramente mecânico de dobramento da pele.
Um modelo químico clássico guia a formação das escamas periféricas, enquanto as do topo resultam de dobras cutâneas devido a tensões mecânicas ligadas ao crescimento ósseo.
© Michel Milinkovitch
Um novo estudo da Universidade de Genebra (UNIGE) mostra que as tartarugas utilizam esses dois processos distintos para desenvolver suas escamas em diferentes regiões da cabeça. Esses resultados sugerem que o modelamento mecânico das escamas é um traço ancestral, compartilhado com crocodilos e provavelmente dinossauros, mas perdido nas aves. Publicados na iScience, eles trazem novos insights sobre a evolução dos répteis e também abrem perspectivas de inovação em várias áreas de aplicação.
Na maioria dos vertebrados, os apêndices cutâneos, como pelos, penas ou escamas, surgem a partir de placódios — pequenas áreas especializadas da pele cuja organização espacial é governada por sinais genéticos moleculares bem conservados ao longo da evolução. No entanto, os crocodilos são uma exceção: as escamas de sua cabeça não emergem de placódios, mas resultam de um simples dobramento mecânico da pele em crescimento.
Este estudo revela uma nova faceta da história evolutiva dos répteis.
Uma cabeça, dois mecanismos
O laboratório de Michel Milinkovitch, professor do Departamento de Genética e Evolução da Faculdade de Ciências da UNIGE, já havia elucidado esse mecanismo anteriormente. Desta vez, ele se interessou pelas tartarugas. Os cientistas de Genebra descobriram que esses répteis combinam as duas estratégias, um fato inédito entre os vertebrados.
As escamas periféricas da cabeça seguem o modelo clássico, químico, expressando genes característicos do desenvolvimento dos placódios. Por outro lado, no topo da cabeça, não há vestígios desses sinais genéticos: aqui, a pele se dobra sob o efeito de tensões mecânicas geradas pelo crescimento mais lento dos tecidos subjacentes, especialmente os tecidos ósseos.
Padrões esculpidos pela física
Graças a técnicas de microscopia 3D de folha de luz e modelagem computacional, os cientistas demonstraram que essas forças mecânicas são suficientes para produzir os padrões poligonais irregulares observados nessa região. "Esse dobramento mecânico explica as formas assimétricas das escamas no topo da cabeça", explica Rory Cooper, pós-doutorando no laboratório de Michel Milinkovitch e coautor do estudo. "Também explica a variação notável observada entre indivíduos e até entre as partes direita e esquerda da cabeça de um mesmo indivíduo", acrescenta Ebrahim Jahanbakhsh, cientista da computação da equipe e também coautor do estudo.
Um legado dos répteis antigos
Do ponto de vista evolutivo, essa descoberta é importante. De fato, as tartarugas terrestres e aquáticas (conhecidas coletivamente como Testudinata) são os parentes vivos mais próximos dos crocodilos e das aves. O fato de tartarugas e crocodilos compartilharem um mesmo processo mecânico de formação das escamas sugere que ele surgiu em seu ancestral comum. Posteriormente, teria sido perdido nas aves.
"Isso revela uma nova faceta da história evolutiva dos répteis: a capacidade de gerar padrões de escamas na cabeça por forças mecânicas é um traço antigo — que precede o surgimento das tartarugas modernas, crocodilos e aves, e que, portanto, provavelmente existia nos dinossauros", comenta Michel Milinkovitch.
Além da biologia evolutiva, esses resultados são de grande interesse no campo emergente da biomimética — a busca por soluções inovadoras ao observar a natureza — e também na medicina regenerativa. De fato, entender como estruturas complexas emergem de regras físicas simples inspira avanços em áreas tão variadas quanto arquitetura, regeneração tecidual e design de materiais inovadores.