O canto dos pássaros e a voz humana construídos a partir do mesmo modelo genético
Pesquisas recentes revelaram uma ligação genética comum entre a laringe - o órgão vocal dos mamíferos, répteis e anfíbios - e a siringe - o órgão vocal dos pássaros. Esta figura ilustra a evolução da laringe e da siringe em diferentes linhagens de animais. Embora os pássaros sejam descendentes diretos dos dinossauros e tenham laringe e siringe, não se sabe se os dinossauros tinham algum dos órgãos. Crédito:Michael Chiappone Os seres humanos há muito são fascinados pelo canto dos pássaros e pela cacofonia de outros sons das aves – desde arrulhos e grasnadas até grasnados e peeps. Mas pouco se sabe sobre como o órgão vocal único das aves – a siringe – varia de espécie para espécie ou sobre as suas origens evolutivas mais profundas.
Um trio de estudos recentes liderados por pesquisadores da Universidade do Texas em Austin está mudando isso.
Os estudos incluem varreduras anatômicas de alta resolução de siringes de beija-flores e avestruzes – as menores e maiores espécies de aves do mundo – e a descoberta de que a siringe e a laringe, o órgão vocal de répteis e mamíferos, incluindo humanos, compartilham a mesma programação de desenvolvimento.
De acordo com Julia Clarke, professora da Jackson School of Geosciences da UT, esta conexão genética entre os órgãos vocais é um novo e excitante exemplo de “homologia profunda”, um termo que descreve como diferentes tecidos ou órgãos podem compartilhar uma ligação genética comum.
“Para mim, isto é tão grande como a transição das barbatanas para os membros”, disse Clarke, que co-liderou ou foi co-autor dos estudos. “De certa forma, é ainda maior porque a siringe não é um órgão modificado com uma nova função, mas um órgão completamente novo, com uma função antiga e comum”.
Os três estudos são construídos com base na pesquisa colaborativa e interdisciplinar da siringe com fisiologistas e biólogos do desenvolvimento que Clarke lidera há mais de uma década.
A pesquisa começou em 2013, quando Clarke, um paleontólogo, descobriu uma siringe em um fóssil de um pássaro parecido com um pato que viveu no que hoje é a Antártica durante o Cretáceo Superior. O espécime é a siringe mais antiga já descoberta. Mas quando ela tentou comparar a siringe fóssil com as siringes dos pássaros modernos, ela descobriu que faltava literatura científica. Muitos dos estudos datavam do século XIX, antes do advento da imagem científica moderna, ou citavam afirmações de estudos mais antigos feitos sem verificá-los novamente. Crédito:Escola de Geociências Jackson da Universidade do Texas Isso colocou Clarke na missão de modernizar – e maximizar – a coleta de dados da Syringe.
“Tínhamos esta nova estrutura tridimensional, mas não tínhamos nada com que compará-la”, disse Clarke, descrevendo dados de imagens de tomografia computadorizada da siringe fóssil. “Então, começamos a gerar dados que não existiam anteriormente sobre a estrutura da siringe em muitos grupos diferentes de aves”.
Ao longo dos anos, Clarke e membros de seu laboratório desenvolveram novos métodos para dissecar, preservar e tomografia computadorizada de siringes que ajudaram a revelar a siringe com mais detalhes. Essas visões aprimoradas do órgão vocal do avestruz e do beija-flor mostraram que o comportamento dos pássaros pode ser tão importante quanto o da siringe no que diz respeito ao repertório de sons que esses pássaros produzem.
Por exemplo, no estudo da siringe de avestruz, no Journal of Anatomy , os pesquisadores não encontraram diferenças significativas na anatomia da siringe entre aves adultas machos e fêmeas (estudos anteriores focaram apenas em avestruzes machos). No entanto, embora ambos os sexos tenham o mesmo equipamento vocal, os avestruzes machos tendem a emitir uma variedade maior de sons do que as fêmeas. avestruzes, com os sons frequentemente associados a comportamentos agressivos entre machos desordeiros. Pesquisadores do Clarke Lab da Universidade do Texas em Austin gravam sons de avestruzes em uma fazenda no Texas. Carlos Antonio Rodriguez-Saltos (à esquerda) segura o equipamento de gravação enquanto Michael Chiappone tira fotos. Crédito:Michael Chiappone Numa visita a uma quinta de avestruzes no Texas, os investigadores registaram 11 tipos de chamados, que vão desde pios e gorgolejos de alta frequência em avestruzes bebés até vaias e estrondos de baixa frequência em machos adultos. Isso incluía alguns tipos de chamadas que nunca haviam sido gravadas antes. Os únicos sons definitivamente registrados em avestruzes fêmeas adultas foram os assobios. O que faltava às fêmeas em alcance, elas compensavam em atitude, disse Michael Chiappone, que se envolveu com a pesquisa sobre avestruzes quando era estudante de graduação na Jackson School e é o principal autor do estudo.
“Eles eram sibilantes bastante prolíficos”, disse Chiappone, que agora é estudante de doutorado na Universidade de Minnesota.
Para o estudo do beija-flor no Zoological Journal of the Linnean Society , os pesquisadores compararam a siringe do beija-flor com a siringe dos andorinhões e noitibós, dois parentes próximos, e descobriram que os três pássaros têm pregas vocais semelhantes em sua siringe, apesar de terem maneiras diferentes de aprender seus cantos. Andorinhões e noitibós trabalham com um repertório limitado de cantos instintivos, enquanto os beija-flores são capazes de elaborar cantos aprendendo canções complexas uns com os outros, uma característica chamada aprendizagem vocal.
De acordo com Lucas Legendre, pesquisador associado da Jackson School que liderou a pesquisa do beija-flor, as descobertas sugerem que o ancestral comum dos três pássaros também tinha uma estrutura de prega vocal semelhante - e que isso pode ter ajudado a estabelecer as bases para a evolução na aprendizagem vocal. em beija-flores.
“Ter todas as estruturas [das pregas vocais] já presentes antes do aprendizado vocal ser adquirido pelos beija-flores provavelmente tornou mais fácil para eles adquirirem o aprendizado da produção vocal”, disse ele.
Antes do estudo, não havia certeza se os andorinhões tinham pregas vocais. Como parte da pesquisa, Legendre criou um modelo digital 3D da faixa vocal rápida que leva os espectadores pela traqueia até a siringe e até as pregas vocais que ficam perto do topo de cada ramo da siringe. O modelo - apelidado de "viagem mágica e misteriosa" por Clarke - mostra os avanços no conhecimento anatômico da siringe que seu laboratório está liderando.
“Esta é uma estrutura que não existia fora dos beija-flores, mas nossas tomografias computadorizadas revelaram que os andorinhões têm essas pregas vocais na mesma posição”, disse Clarke. "Este é o tipo de viagem que precisávamos fazer para obter essas respostas."
Ao mesmo tempo, Clarke e sua equipe estavam desenvolvendo métodos para preservar e capturar a anatomia da siringe entre espécies de aves. Eles estavam colaborando com Clifford Tabin, um biólogo do desenvolvimento da Universidade de Harvard, na investigação das origens evolutivas da siringe, rastreando a expressão genética que acompanhou o desenvolvimento dos órgãos vocais nos embriões de aves, mamíferos e répteis.
A pesquisa publicada em Current Biology é o culminar dessa colaboração. O estudo detalha como os cientistas descobriram a profunda conexão entre os tecidos da laringe e da siringe, observando que os mesmos genes controlavam o desenvolvimento dos órgãos vocais em ratos e embriões de galinha, respectivamente, embora os órgãos surgissem de camadas embriológicas diferentes.
“Eles se formam sob a influência das mesmas vias genéticas, dando ao tecido vocal estrutura celular e propriedades vibratórias semelhantes em aves e mamíferos”, disse Tabin, co-líder do estudo.
O estudo também analisou o desenvolvimento da siringe entre espécies de aves – o que envolveu a observação da expressão genética em embriões de 14 espécies diferentes, de pinguins a periquitos – e descobriu que o ancestral comum das aves modernas provavelmente tinha uma siringe com duas fontes sonoras, ou duas fontes vocais funcionando independentemente. dobras. Essa característica é encontrada hoje em pássaros canoros, permitindo que muitos criem dois sons distintos ao mesmo tempo. A pesquisa sugere que o ancestral comum das aves pode ter feito cantos igualmente diversos.
Estes resultados podem lançar luz sobre as origens da siringe, mas ainda não se sabe quando é que a siringe se desenvolveu e se os dinossauros não-aviários – os antepassados das aves de hoje – tinham o órgão vocal, disse Clarke. Ninguém ainda encontrou um fóssil de siringe de um dinossauro não aviário.
Segundo Clarke, a melhor forma de compreender as possibilidades dos sons dos dinossauros antigos é continuar estudando a vocalização tal como existe hoje nas aves, nos dinossauros que ainda estão entre nós e em outros primos répteis.
“Não podemos começar a falar sobre a produção de som nos dinossauros até que realmente compreendamos o sistema nas espécies vivas”, disse ela.
Chad Eliason, pesquisador sênior do Field Museum of Natural History e ex-bolsista de pós-doutorado na Jackson School, também foi um importante contribuidor para esses projetos de siringe e outros.
