Quinhentos milhões de anos atrás, era relativamente seguro voltar à água. Isso porque as criaturas das profundezas ainda não evoluíram mandíbulas. Em um novo par de estudos em eLife e Desenvolvimento , os cientistas revelam pistas sobre a origem desta emocionante inovação evolutiva em vertebrados.
Nos estudos, Mathi Thiruppathy, do laboratório de Gage Crump na USC, e o colaborador J. Andrew Gillis, da Universidade de Cambridge e do Marine Biological Laboratory, analisaram o desenvolvimento embrionário como forma de obter uma visão da evolução - uma abordagem conhecida como "evo-devo ."

Nos peixes, as mandíbulas compartilham uma origem de desenvolvimento comum com as brânquias. Durante o desenvolvimento, mandíbulas e brânquias surgem de estruturas embrionárias chamadas "arcos faríngeos". O primeiro desses arcos é chamado de arco mandibular porque dá origem às mandíbulas, enquanto arcos adicionais se desenvolvem em brânquias. Há também semelhanças anatômicas:as brânquias são sustentadas por ossos superiores e inferiores, que podem ser considerados análogos aos maxilares superior e inferior.

"Essas observações anatômicas e de desenvolvimento levaram à teoria de que a mandíbula evoluiu pela modificação de uma guelra ancestral", disse Thiruppathy, que é o eLife primeiro autor do estudo e um Ph.D. estudante do Crump Lab. "Embora essa teoria exista desde o final de 1800, ela permanece controversa até hoje."

Na ausência de evidências fósseis claras, o eLife A publicação apresenta evidências "vivas" em apoio à teoria de que as mandíbulas se originaram das brânquias. Quase todos os peixes possuem uma pequena estrutura anatômica chamada "pseudobrânquio", que se assemelha a uma brânquia vestigial. No entanto, a origem embrionária desta estrutura era incerta.

Usando imagens elegantes e técnicas de rastreamento de células em peixe-zebra, Thiruppathy e seus colegas mostraram conclusivamente que o pseudobranch se origina do mesmo arco mandibular que dá origem à mandíbula. Os cientistas então mostraram que muitos dos mesmos genes e mecanismos regulatórios impulsionam o desenvolvimento tanto do pseudobranch quanto das brânquias.

Em um estudo relacionado recém publicado em Desenvolvimento , Gillis e sua colega de Cambridge, Christine Hirschberger, mostram que os patins também têm um pseudobraço derivado do arco mandibular com semelhanças genéticas e de desenvolvimento com uma guelra. Enquanto o peixe-zebra é um peixe ósseo, as raias representam uma classe evolutiva totalmente diferente de vertebrados com mandíbula:peixes cartilaginosos.

"Nossos estudos mostram que o arco mandibular contém a maquinaria básica para fazer uma estrutura semelhante a guelras", disse Crump, o eLife autor correspondente do estudo e professor de biologia de células-tronco e medicina regenerativa no Eli and Edythe Broad Center for Regenerative Medicine and Stem Cell Research na Keck School of Medicine of USC. "Isso implica que as estruturas que surgem do arco mandibular - o pseudobranch e a mandíbula - podem ter começado como brânquias que foram modificadas ao longo do tempo evolutivo profundo."

Gillis, que é o autor correspondente do livro Desenvolvimento estudo e coautor do eLife estudo, acrescentou:"Juntos, esses dois estudos apontam para um pseudobranch estar presente no último ancestral comum de todos os vertebrados de mandíbula. Esses estudos fornecem novas evidências tentadoras para a teoria clássica de que uma estrutura semelhante a guelras evoluiu para a mandíbula de vertebrados."

Peter Fabian, estagiário de pós-doutorado no Crump Lab da USC, também é coautor do eLife estudar.