Como o “primeiro pássaro” levantava voo sobre os dinossauros

O Archaeopteryx é um ícone da evolução e costuma ser chamado de a “primeira ave”. Os cientistas há muito debatem como exatamente ele decolava do solo, mas um estudo recente publicado por mim e meus colegas trouxe novas perspectivas para esse mistério.

Nosso estudo comparou o Archaeopteryx com a anatomia das aves modernas, e nossas descobertas sugerem que ele gerava a força necessária para decolar dando vários saltos para a frente.

O Archaeopteryx, um fóssil descoberto em rochas jurássicas da Alemanha, remonta a 150 milhões de anos. Ele era coberto de penas e tinha asas, mas mantinha uma série de características distintivas dos dinossauros, como uma longa cauda óssea, garras em dedos separados e dentes em uma mandíbula sem bico.

Charles Darwin previu, na primeira edição de A Origem das Espécies, publicada em 1859, que mais tarde seriam encontrados fósseis ligando os principais grupos de animais. Um ano após a publicação, uma pena, e, em menos de dois anos, um esqueleto completo de Archaeopteryx foram descobertos, mostrando ligações claras entre as aves e os dinossauros. O Archaeopteryx é uma dessas formas de transição que ligam um grupo a outro.

O “primeiro pássaro” não estava perfeitamente desenvolvido como as aves que evoluíram até hoje. Mas não seria de se esperar que estivesse. Ele tinham músculos de voo relativamente fracos, sem esterno com quilha para uma fixação muscular forte, e não poderia ter levantado as asas acima da horizontal.

Em vez de chamá-lo de primeiro pássaro, é melhor descrevê-lo como a espécie de ramificação mais antiga, até onde se sabe, na linhagem das aves, após todo o grupo das aves ter se separado dos dinossauros não avianos há mais de 150 milhões de anos.

Em 2016, meu amigo Colin Palmer convidou um colega, Markus Heller (professor de biomecânica), e a mim para nos juntarmos a ele na exploração de um problema complexo: como as primeiras aves se libertaram das amarras da Terra e levantaram voo?

Palmer vinha trabalhando há mais de uma década com os primos voadores dos dinossauros, os pterossauros, e também com um dinossauro peculiar (embora agora seja um entre vários conhecidos) de quatro asas, emplumado e voador chamado Microraptor. Os pterossauros, no entanto, não são dinossauros, e o Microraptor é um dinossauro mais próximo do Velociraptor (pequenos dinossauros carnívoros) do que das aves.

Uma série de mecanismos foram sugeridos para a evolução do voo e da decolagem. Literalmente, do chão para cima, ou das árvores para baixo, até bater as asas enquanto se corre para subir uma ladeira. O problema é que isso é difícil de testar experimentalmente. Por isso, recorremos ao melhor exemplo de decolagem que existe: o das próprias aves.

Palmer já havia filmado várias aves por curiosidade. Assim como outros cientistas já tinham observado, mas nunca aprofundado, Palmer percebeu que todas elas exibiam o mesmo tipo de comportamento antes da decolagem: pular com as duas patas. As asas pareciam ter pouca participação na decolagem da ave, e isso abriu algumas possibilidades para a pesquisa sobre as aves mais primitivas.

Os ancestrais das aves, os dinossauros terópodes, tinham patas poderosas. Eles definitivamente podiam pular, e pular poderia proporcionar uma importante vantagem evolutiva. Ser capaz de se esquivar de um predador, e talvez dar uma batida com as asas emplumadas para prolongar o salto, poderia muito bem salvar sua vida.

A primeira parte dessa pesquisa, que realizamos com o então estudante de graduação Erik Meilak, consistiu em desenvolver um método para verificar quanta força os membros posteriores das aves geram ao decolar do solo. Utilizamos uma placa de força (uma balança de cozinha modificada) e um computador Raspberry Pi para controlar a fotografia em alta velocidade, juntamente com tomografia computadorizada do esqueleto para observar exatamente como os ossos se articulavam. Descobrimos como as pegas - uma ave da família dos corvos- decolavam. Elas usavam as pernas como principal fonte de força.

Esse projeto de verão na graduação de Meilak se tornou um projeto de doutorado completo, com ele analisando várias outras espécies de aves, como estorninhos e corvos. Trabalhamos com a bióloga evolutiva Pauline Provini, em Paris, que tinha realizado pesquisas com pombas e tentilhões, demonstrando como todas essas aves usavam as pernas na decolagem.

Com a cinemática detalhada — todas as forças e momentos gerados pelos músculos ao redor das articulações dos membros posteriores —, adaptamos o modelo ao Archaeopteryx e verificamos se o primeiro pássaro poderia levantar voo de maneira semelhante às aves modernas.

O Archaeopteryx está, por definição, 150 milhões de anos atrás dos “saltos” das aves modernas e não poderia decolar como as observamos fazerem quando assustadas: de forma explosiva, com um único salto, para depois começar a bater as asas rumo ao céu. O Archaeopteryx não poderia fazer isso e, como disse, não podia contar com suas asas para batidas poderosas.

Por isso, nos perguntamos “o que suas pernas poderiam fazer?”. E, assim como as aves de hoje, ao decolar de forma mais tranquila, demonstramos que o Archaeopteryx já poderia ter levantado voo com dois saltos com as pernas. Ele também poderia usar três saltos, aumentando a velocidade e, uma vez no ar, suas asas batendo manteriam uma velocidade de voo de 7 metros por segundo.

O Archaeopteryx também poderia acrescentar um batimento de asas - salto-batida-salto - para atingir essa velocidade com apenas dois saltos. Tudo isso sem a anatomia altamente evoluída e adaptada ao voo de pombos, corvos, gaviões e até mesmo galinhas.

No futuro, talvez encontremos um fóssil que ainda seja uma ave em vez de um dinossauro não aviano, mas que seja menos, digamos, “aviano” do que o Archaeopteryx, e então esse se tornaria o táxon mais antigo do ramo. Mas ainda não encontramos. Portanto, o Archaeopteryx permanece em seu lugar como a primeira ave que conhecemos.

Neil J. Gostling é professor associado da Faculdade de Ciências Biológicas da Universidade de Southampton. O trabalho aqui descrito foi financiado pelo Conselho de Pesquisa do Meio Ambiente Natural (número da concessão NE/L002531/1).

Fonte: The Conversation Brasil. Matéria original.