Mudança lateral para sagital na evolução da coluna vertebral de mamíferos desafiada em novo estudo

Como os sinapsídeos não mamíferos, os precursores extintos dos mamíferos, tinham traços semelhantes aos répteis vivos (como ter seus membros estendidos para o lado em vez de dobrados em seu corpo como os mamíferos de hoje), a crença de longa data era que deve ter se movido de forma semelhante também. . Principalmente, sua espinha deve ter se movido de um lado para o outro, curvando-se como os dos lagartos modernos, ao invés do movimento de curvatura para cima e para baixo pelo qual as espinhas dos mamíferos são conhecidas. Acredita-se que, ao longo do tempo, e em resposta a pressões seletivas, a espinha dos mamíferos evoluiu dessa curvatura lateral como a de um lagarto para a curvatura para cima e para baixo de um mamífero visto hoje em dia. A transição é conhecida como o paradigma lateral para o sagital.

É uma história fácil de entender que foi ensinada em livros escolares sobre anatomia e evolução por décadas. Mas, de acordo com um novo estudo conduzido por Harvard, essa crença de longa data está errada.

“O problema com a história original é que, em vez de ser baseada em evidências fósseis, ela se baseia principalmente em uma correlação com outra coisa vista em animais vivos”, disse a ex-pesquisadora de pós-doutorado em Harvard Katrina Jones. “Foi baseado nessa suposição de que esses precursores mamíferos devem funcionar da mesma forma que os lagartos porque esse aspecto de sua anatomia era semelhante aos lagartos … Estamos dizendo que só porque a postura dos membros parecia semelhante não significa que eles moveram o mesmo.”

O trabalho, liderado por Jones, desafia a hipótese lateral para sagital, olhando para as vértebras de répteis modernos, mamíferos e sinapsídeos extintos de não mamíferos para determinar como suas vértebras mudaram ao longo do tempo e seu efeito em como essas criaturas provavelmente se moviam. .

A análise mostra que as três linhagens diferem entre si no que diz respeito à morfologia, função e características de suas espinhas, e sugere que a espinha dorsal dos mamíferos não evoluiu de um ancestral semelhante ao reptiliano. Deve ter havido um tipo completamente diferente de função espinhal que não é visto em vertebrados vivos hoje.

“A linhagem ancestral da qual os mamíferos evoluíram não parecia ou funcionava como um réptil vivo”, disse Stephanie Pierce, Thomas D. Cabot, Professora Associada de Biologia Organísmica e Evolutiva e Curadora de Paleontologia de Vertebrados no Museu de Zoologia Comparada e Diretora do estude. Autor. “Eles começaram com seu próprio conjunto único de características e funções e então evoluíram para mamíferos.”

O estudo publicado em Biologia atual 2 de março.

Ele incluiu colaboradores Kenneth Angielczyk no Field Museum of Natural History e Blake Dickson, Ph.D. ’20 que trabalhou no laboratório de Pierce como estudante de graduação, mas agora é pesquisador de pós-doutorado na Duke University.

O trabalho anterior de Dickson com o laboratório, reconstruindo a evolução do movimento do solo nos primeiros tetrápodes por meio da análise de varreduras 3D de fósseis, forneceu o método que os pesquisadores modificaram para o novo estudo.

A equipe queria ver como a história da origem da coluna vertebral dos mamíferos, que vem em todas as formas e tamanhos, foi mantida sob intenso escrutínio.

Eles fizeram tomografias computadorizadas da coluna vertebral de répteis fósseis, mamíferos e sinapsídeos não mamíferos para obter reconstruções em 3D de partes-chave de sua coluna para ver sua forma. Eles então usaram comparações estatísticas dessas formas e mediram como elas se curvavam para determinar como funcionavam e que movimento permitiam.

Eles viram que os sinapsídeos não mamíferos tinham claramente suas próprias formas vertebrais e que eram distintos dos mamíferos e dos répteis. Isso mostrou que as partes principais da espinha que pertencem aos ancestrais dos mamíferos tinham suas próprias características únicas, não vistas em nenhum grupo vivo.

Ao comparar a função das diferentes espinhas, os pesquisadores descobriram que a espinha do sinapsídeo de não mamíferos agia de maneira muito diferente tanto dos mamíferos quanto dos répteis. Seu traço dominante era ser muito rígido com uma capacidade mais limitada de flexão lateral, em oposição à flexão lateral na parte de trás da espinha dos répteis. Isso sugere que a noção de longa data de que essas criaturas se moviam como os répteis de hoje, lagartos em particular, é incorreta.

Ao olhar para os espinhos dos mamíferos vivos que eles amostraram, eles viram que eram uma espécie de versátil, exibindo habilidades em cada uma das características funcionais que mediram. Isso significa que as costas dos mamíferos podem fazer muito mais do que flexão sagital e que, durante sua história evolutiva, outras funções foram adicionadas às costas rígidas de seus predecessores, como torcer a coluna para limpar o pelo. Os resultados tornam o paradigma lateral-sagital simples uma história muito mais complicada.

Os pesquisadores citaram avanços na tecnologia de tomografia computadorizada, dados computacionais e programas estatísticos atuais para tornar o estudo possível. Eles estão atualmente trabalhando para confirmar suas descobertas e criar reconstruções espinhais completas em 3D para as espécies que observaram.

O grupo acredita que o trabalho mostra o poder do registro fóssil para testar ideias evolutivas de longa data.

“Se olharmos apenas para os animais modernos, como mamíferos e répteis vivos, podemos chegar a hipóteses evolutivas, mas podem não estar corretas”, disse Pierce. “A menos que voltemos ao registro fóssil e realmente cavemos esses animais extintos, não podemos rastrear o que foram essas mudanças anatômicas, quando ocorreram ou que pressões seletivas impulsionaram sua evolução.”