Os ossos do pé que são separados em pequenos roedores saltitantes são fundidos em seus primos maiores, e uma equipe de pesquisadores da Universidade de Michigan e da Universidade da Califórnia em San Diego queria saber por quê.
Parece que, uma vez que a evolução colocou os ossos de jerboa no caminho para a fusão, eles ultrapassaram a quantidade ideal de fusão - a estrutura que melhor dissipou as tensões de pular e aterrissar - para se tornarem totalmente unidas.

Essa descoberta pode informar o projeto de futuras pernas robóticas capazes de suportar as forças mais altas associadas a rajadas rápidas de locomoção ágil.

Jerboas são roedores do deserto que pulam erraticamente em duas patas para evitar predadores. Em toda a árvore genealógica do jerboa, essas duas pernas podem parecer muito diferentes:existem espécies que pesam apenas três gramas e aquelas que pesam 400 gramas, com espécies mais pesadas com ossos dos pés muito diferentes, ou metatarsos. Jerboas mais leves são como a maioria dos outros mamíferos, incluindo humanos:seus ossos metatarsais do pé são separados um do outro.

"Queríamos explorar por que estamos vendo esses ossos fundidos apenas em jerboas maiores", disse Carla Nathaly Villacís Núñez, doutoranda em engenharia mecânica da U-M e primeira autora do estudo em Proceedings of the Royal Society B .

"Descobrimos que os ossos fundidos apresentaram tensões mais baixas do que os ossos não fundidos, reforçando assim contra cargas mais altas", disse ela. "Mas também descobrimos que os ossos parcialmente fundidos tinham tensões ainda mais baixas do que os ossos totalmente fundidos. Uma hipótese é que os jerboas totalmente fundidos têm superação evolutiva."

Para estudar o desempenho ósseo em todas as espécies, os pesquisadores realizaram micro-tomografias computadorizadas de espécimes de museus e construíram modelos 3D dos metatarsos de jerboa em software, depois os dimensionaram para tamanhos iguais e os testaram quando atingiram, flexionaram e saltaram de uma superfície .

Os jerboas menores têm três ossos metatarsais separados, que são capazes de suportar a pequena estatura do roedor, mesmo se usado para saltos de alto impacto. As espécies de jerboa mais recentes e maiores fundiram completamente esses três ossos em um. As espécies de peso intermediário têm algo no meio:um metatarso com restos internos de osso onde se fundiu parcialmente, como um feixe de gravetos.

“Nossa equipe interdisciplinar aplicou técnicas de engenharia de ponta para desvendar um quebra-cabeça evolutivo”, disse Talia Moore, professora assistente de robótica da U-M e autora sênior do estudo.

“A evolução atingiu um ponto vantajoso de geometria parcialmente fundida, mas então o impulso evolutivo pode ter continuado a fundir completamente os metatarsos.

A equipe de pesquisa observa que análises semelhantes podem ajudar a descobrir outras maneiras pelas quais o esqueleto mudou de forma para compensar a evolução das espécies de quadrúpedes, ou andar sobre quatro pés, para locomoção bípede.

“Enquanto cangurus, primatas e outros roedores convergiram para o bipedismo, a dinâmica de sua locomoção e as mudanças anatômicas associadas a essa mudança são bem diferentes em cada caso”, disse Andrew Ray, um estudante de graduação que estuda ciência e engenharia de materiais no laboratório de Moore.

“Através de análises semelhantes, podemos simular como os ossos dos pés de ancestrais humanos extintos podem ter sofrido estresse durante a caminhada, corrida ou outra locomoção”.

Um autor adicional é Kimberly Cooper, professor de biologia do desenvolvimento da Universidade da Califórnia, em San Diego, que formulou a ideia para o projeto com Moore durante um estudo separado traçando a evolução e o desenvolvimento da fusão metatarsal em jerboas. A experiência de Cooper foi fundamental para entender as implicações evolutivas das descobertas.