Fortes, porém leves, bonitas e estruturadas com precisão, as penas são o apêndice de pele mais complexo que já evoluiu nos vertebrados. Apesar do fato de os seres humanos brincarem com penas desde a pré-história, ainda há muito que não entendemos sobre elas.
Nosso novo estudo descobriu que alguns dos primeiros animais com penas também tinham pele escamosa, como os répteis.
Após a estreia do primeiro dinossauro com penas, Sinosauropteryx prima, em 1996, uma onda de descobertas pintou um quadro cada vez mais interessante da evolução das penas.
Agora sabemos que muitos dinossauros e seus primos voadores, os pterossauros, tinham penas. As penas tinham mais formas no passado - por exemplo, penas em forma de fita com pontas expandidas foram encontradas em dinossauros e pássaros extintos, mas não em pássaros modernos. Apenas alguns tipos de penas antigas foram herdados pelas aves atuais.
Os paleobiólogos também descobriram que as primeiras penas não foram feitas para voar. Os fósseis das primeiras penas tinham estruturas simples e distribuições esparsas no corpo, portanto, podem ter sido usadas para exibição ou detecção tátil. Os fósseis de pterossauros sugerem que elas podem ter desempenhado um papel na termorregulação e no seu padrão de cores.
Por mais fascinantes que sejam esses fósseis, a plumagem antiga conta apenas parte da história da evolução das penas. O restante da ação ocorreu na pele.
A pele das aves atuais é macia e evoluiu para o suporte, controle, crescimento e pigmentação das penas, ao contrário da pele escamosa dos répteis.
Fósseis de pele de dinossauro são mais comuns do que você imagina. Até o momento, no entanto, apenas alguns fósseis de pele de dinossauro foram examinados em nível microscópico. Esses estudos, como um de 2018 de quatro fósseis com pele preservada, mostraram que a pele das primeiras aves e de seus parentes dinossauros próximos (os celurossauros) já era muito parecida com a pele das aves atuais. A pele semelhante à das aves evoluiu antes do surgimento dos dinossauros semelhantes às aves.
Portanto, para entender como a pele semelhante à das aves evoluiu, precisamos estudar os dinossauros que se ramificaram anteriormente na árvore evolutiva.
Nosso estudo mostra que pelo menos alguns dinossauros com penas ainda tinham pele escamosa, como os répteis atuais. Essa evidência vem de um novo espécime de Psittacosaurus, um dinossauro com chifres e penas semelhantes a cerdas em sua cauda. O Psittacosaurus viveu no início do período Cretáceo (cerca de 130 milhões de anos atrás), mas seu clado, os dinossauros ornitísquios, divergiu de outros dinossauros muito antes, no período Triássico (cerca de 240 milhões de anos atrás).
No novo espécime, os tecidos moles estão ocultos a olho nu. Sob luz ultravioleta, no entanto, a pele escamosa se revela em um brilho amarelo-alaranjado. A pele está preservada no tronco e nos membros, que são partes do corpo que não tinham penas.
Essas cores luminosas são provenientes de minerais de sílica, responsáveis pela preservação da pele fóssil. Durante a fossilização, fluidos ricos em sílica permearam a pele antes que ela se decompusesse, reproduzindo a estrutura da pele com detalhes incríveis. Características anatômicas finas são preservadas, incluindo a epiderme, as células da pele e os pigmentos da pele chamados melanossomos.
As células fósseis da pele têm muito em comum com as células da pele dos répteis modernos. Elas compartilham tamanho e formato de célula semelhantes e ambas têm limites celulares fundidos - uma característica conhecida apenas nos répteis modernos.
A distribuição do pigmento da pele fóssil é idêntica à das escamas dos crocodilos modernos. A pele fóssil, no entanto, parece relativamente fina para os padrões dos répteis. Isso sugere que as escamas fósseis do Psittacosaurus também eram semelhantes em composição às escamas dos répteis.
As escamas dos répteis são duras e rígidas porque são ricas em um tipo de proteína de construção da pele, as resistentes beta proteínas córneas. Por outro lado, a pele macia dos pássaros é feita de um tipo diferente de proteína, as queratinas, que são o principal material estrutural dos cabelos, unhas, garras, cascos e nossa camada externa de pele.
Para oferecer proteção física, a pele fina e nua do psitacossauro deve ter sido composta de resistentes proteínas beta córneas, como as dos répteis. Uma pele mais macia, como a das aves, teria sido muito frágil sem as penas para proteção.
Coletivamente, as novas evidências fósseis indicam que o Psittacosaurus tinha pele do tipo réptil em áreas onde não tinha penas. A cauda, que preserva as penas em algumas espécies, infelizmente não preservou nenhuma pena ou pele em nosso espécime.
Entretanto, as penas da cauda em outros espécimes mostram que algumas características da pele semelhantes às das aves já devem ter evoluído para manter as penas no lugar. Portanto, nossa descoberta sugere que os primeiros animais com penas tinham uma mistura de tipos de pele, com pele semelhante à de aves apenas nas regiões do corpo com penas, e o restante da pele ainda escamosa, como nos répteis modernos.
Esse desenvolvimento em zonas teria garantido que a pele protegesse o animal contra abrasão, desidratação e agentes patogênicos.
E agora?
A próxima lacuna de conhecimento a ser explorada pelos cientistas é a transição evolutiva da pele do estilo réptil do psitacossauro para a pele de outros dinossauros com penas mais pesadas e dos primeiros pássaros.
Também precisamos de mais experimentos que estudem o processo de fossilização em si. Há muita coisa que não entendemos sobre como os tecidos moles se fossilizam, o que significa que é difícil dizer quais características da pele em um fóssil são biológicas reais e quais são simplesmente artefatos da fossilização.
Nos últimos 30 anos, o registro fóssil surpreendeu os cientistas em relação à evolução das penas. Futuras descobertas de penas fósseis podem nos ajudar a entender como os dinossauros e seus parentes desenvolveram o voo, os metabolismos de sangue quente e como eles se comunicavam entre si.