Ao longo da história da Terra, as aves da ordem Passeriformes evoluíram através de rápidos surtos evolutivos que, frequentemente, coincidiram com alterações climáticas, revela um novo estudo científico.
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| Pisco-de-peito-ruivo. Foto: Wolfgang Vogt/Pixabay |
Os cientistas já sabem que a evolução dos organismos ocorre em impulsos rápidos, seguidos de períodos de desaceleração. Este padrão tem sido revelado por registos fósseis.
Agora, ao estudar os passeriformes, uma equipa de investigadores da Universidade do Michigan, nos Estados Unidos, conseguiu identificar esses surtos evolutivos analisando medições do esqueleto de exemplares atuais, pertencentes a 2057 espécies. Além disso, verificaram que estes episódios coincidiram com mudanças climáticas ocorridas no passado.
“Este resultado é muito importante para a teoria da evolução porque existe uma longa tradição, com cerca de 100 anos, que prevê que o aparecimento de novos grupos, designados por radiações evolutivas, está frequentemente associado a uma explosão de diversificação”, comentou, em comunicado, Jake Berv, primeiro autor do estudo e investigador de pós-doutoramento na Escola para o Ambiente e Sustentabilidade da Universidade do Michigan.
“A teoria evolutiva prevê que as radiações adaptativas possam explicar uma grande parte da diversidade da vida na Terra”, continuou. “Isto pode acontecer devido ao surgimento de uma nova oportunidade ecológica ou porque um grupo colonizou um novo continente, provocando uma aceleração dramática da sua taxa de evolução. A ideia é que, com o passar do tempo, essas oportunidades diminuem à medida que a evolução avança, levando a um abrandamento. Segundo a teoria, este processo ocorre em impulsos ao longo do tempo. É isso que a teoria prevê e parece ser também o que observamos nos dados.”
As conclusões, obtidas através de inteligência artificial e de um modelo estatístico de grande escala, foram publicadas hoje num artigo na revista científica Nature Ecology & Evolution.
Ver através do Skelevision
Para reconstruir a evolução deste grupo de aves, os cientistas da Universidade do Michigan analisaram mais de 2.000 espécies e recolheram mais de 170.000 medições individuais de esqueletos. Para construir uma base de dados desta dimensão, recorreram a uma ferramenta de inteligência artificial (IA) chamada Skelevision, desenvolvida pelo laboratório do investigador Brian Weeks – professor associado de Ciência e Gestão dos Ecossistemas na Escola para o Ambiente e Sustentabilidade da Universidade do Michigan – em colaboração com o laboratório de David Fouhey, da Universidade de Nova Iorque.
O Skelevision utilizou uma câmara para fotografar os esqueletos das aves sobre uma grelha de fundo que fornece uma escala de referência comum. Ao longo de sete anos de colaboração, Weeks e Fouhey desenvolveram um modelo de IA capaz de medir com precisão uma dúzia de ossos do esqueleto das aves.
Os investigadores utilizaram o Skelevision para digitalizar e medir mais de 15.000 exemplares de museu, a maioria proveniente das coleções do Museu de Zoologia da Universidade do Michigan. O processo de digitalização de cada exemplar demora 45 segundos, tornando possível digitalizar coleções inteiras.
Jake Berv desenvolveu depois um novo método estatístico, denominado bifrost, que permite analisar o esqueleto completo de uma espécie em simultâneo. Desta forma, foi possível estimar a evolução da forma corporal ao longo dos cerca de 45 milhões de anos de história evolutiva dos passeriformes.
Os investigadores concluíram que os passeriformes atravessaram um período de rápida evolução da forma corporal há cerca de 35 milhões de anos, coincidindo com a transição entre o Eoceno e o Oligoceno, uma época marcada por um acentuado arrefecimento global. A análise estatística identificou ainda um conjunto de desacelerações evolutivas ocorridas há cerca de 15 milhões de anos, coincidindo com outro importante acontecimento geológico.
“As nossas conclusões alteraram claramente a minha forma de pensar sobre o funcionamento do mundo”, reconheceu Brian Weeks. “O padrão que encontrámos – raros aumentos muito acentuados na taxa de evolução e muitas pequenas reduções dessa taxa – é consistente com a ideia de que as linhagens exploram novos nichos ecológicos e evoluem rapidamente para tirar partido dessas oportunidades.”
Uma descoberta adicional
Para testar os resultados, os investigadores analisaram depois o conjunto de dados à escala mundial. Descobriram que a região onde as aves vivem também permite prever a sua taxa média de evolução morfológica. As comunidades de aves que habitam latitudes mais elevadas e regiões com maiores oscilações sazonais de temperatura tendem a incluir espécies que evoluem mais rapidamente do que aquelas que vivem junto ao equador.
O facto de terem encontrado padrões semelhantes tanto ao longo do tempo como no espaço sugere que a variabilidade ambiental poderá desempenhar um papel importante na alteração da forma corporal das espécies.
“Parece existir uma ligação entre os gradientes latitudinais e as taxas de evolução morfológica que tem sido subvalorizada”, disse Weeks, em comunicado. “Espero que os nossos resultados incentivem uma maior integração das taxas de alteração morfológica noutras áreas importantes da investigação, como os bem conhecidos gradientes latitudinais da biodiversidade.”
O estudo destaca igualmente a importância do investimento nas coleções dos museus e mostra como os avanços da inteligência artificial podem ajudar os investigadores a tirar melhor partido destes recursos.
“Torna-se particularmente evidente como é importante investir nos museus quando pensamos na dimensão de uma análise como esta”, acrescentou Weeks. “Está muito para além daquilo que seria possível fazer apenas com exemplares recolhidos por um único investigador.”
E lembrou que “é impossível prever todo o valor científico que um espécime poderá vir a ter no futuro.”
Os investigadores consideram ainda que este estudo pode ajudar a compreender de que forma as espécies respondem às alterações climáticas provocadas pela atividade humana.
“Neste momento da história da humanidade estamos a viver uma fase de profundas alterações climáticas globais e não sabemos o que irá acontecer sequer nos próximos dez anos, quanto mais ao longo de dez milhões de anos”, afirmou Berv. “Se queremos compreender os impactos a longo prazo da atividade humana na Terra, temos de estudar a relação entre os acontecimentos da história do planeta e as grandes transições evolutivas.”
Este trabalho foi também apoiado pelo Michigan Institute for Data & AI in Society, pelo Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada e pela National Science Foundation.
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