Cientistas desvendam mecanismo genético que controla a evolução e desenvolvimento das penas em aves

Estudo pioneiro demonstra como a via Sonic Hedgehog (Shh) atua como um "arquiteto molecular" na formação das penas, revelando segredos sobre sua origem evolutiva e extraordinária capacidade de regeneração

A chave genética da evolução das penas

Uma equipe internacional de pesquisadores acaba de publicar uma descoberta revolucionária sobre o desenvolvimento das penas em aves. Através de experimentos minuciosos com embriões de galinha, os cientistas demonstraram como a via genética Sonic Hedgehog (Shh) funciona como um verdadeiro "manual de instruções" para a formação dessas estruturas complexas - e como sua manipulação pode recriar características ancestrais das primeiras penas que surgiram nos dinossauros há cerca de 250 milhões de anos.

(A) Galinhas eclodidas aos sete dias pós-eclosão exibem tipos de penas pennáceas (com um ráquis central) e plumuláceas (sem ráquis). (B) Placódios de penas que cobrem a maior parte do dorso e expressam a proteína SHH (visualizada por imunofluorescência). Na E10, esses placódios sofrem um crescimento considerável e a SHH se localiza na ponta posterior das unidades em desenvolvimento. (C) Os placódios de penas emergem primeiro na borda posterior das asas na E10, antes de se propagarem para cobrir toda a asa na E11. Secções ópticas revelam imunofluorescência de SHH epidérmico de E10 a E12. Na E12, as farpas longitudinais associadas à morfogénese ramificada são visíveis e, na E13, a invaginação do folículo está bem avançada. Estas unidades continuam a desenvolver-se até E14, altura em que os botões de penas são alongados, queratinizados e exibem um padrão longitudinal de densidade celular correspondente às futuras farpas das penas.

Estamos diante de uma peça fundamental do quebra-cabeça evolutivo, ao manipular essa via genética específica, conseguiram literalmente 'voltar no tempo' e observar estágios intermediários do desenvolvimento das penas que espelham sua trajetória evolutiva.

Metodologia inovadora: precisão cirúrgica em ovos

O estudo se destacou pelo desenvolvimento de uma técnica pioneira de intervenção embrionária. Utilizando micro injeções intravenosas extremamente precisas em ovos fertilizados, os pesquisadores conseguiram:

1. Inibir seletivamente a via Shh no 9º dia de desenvolvimento usando sonidegib, um inibidor farmacológico específico
2. Monitorar em tempo real os efeitos através de microscopia de luz
3. Analisar mudanças moleculares com sequenciamento de RNA de última geração
4. Reverter os efeitos em alguns embriões

Foi desenvolvido um protocolo que permite intervir no desenvolvimento com precisão temporal incrível, quase como programar um alarme genético.

Descobertas chave: da embriologia à paleontologia

Os resultados revelaram fenômenos notáveis em múltiplas escalas:

1. Morfologia regressiva

Embriões tratados com altas doses de sonidegib desenvolveram estruturas plumosas simplificadas, sem as ramificações complexas das penas modernas. Essas estruturas lembravam surpreendentemente as "proto-penas" fossilizadas de dinossauros como o Sinosauropteryx.

2. Padrões alterados de expressão gênica

Análises transcriptômicas mostraram:

• Redução de 80% na expressão de genes alvo da via Shh
• Supressão de genes relacionados à queratina das penas
• Alteração nos padrões espaciais de expressão de Shh, que assumiram configurações em "listras" em vez de "pontos"

3. Resiliência do desenvolvimento

Apesar das intervenções:

• 65% dos folículos recuperaram a função pós-eclosão
• Aos 49 dias, 90% das aves tratadas tinham plumagem normal
• Exceto pelas penas de voo, que permaneceram alteradas

Essa recuperação espontânea é fascinante, sugere que as aves mantêm um 'plano B' evolutivo para garantir o desenvolvimento das penas mesmo sob condições adversas.

Implicações multidisciplinares

Para a biologia evolutiva

O estudo fornece evidências diretas para hipóteses sobre:

• Como penas evoluíram de filamentos simples para estruturas complexas
• O papel de mecanismos de reação-difusão na evolução de padrões
• Por que as penas modernas são tão diversas morfologicamente

Para a biologia do desenvolvimento

Revela princípios fundamentais sobre:

• Plasticidade de folículos de penas
• Hierarquia de vias de sinalização
• Diferenças irreversíveis vs. transitórias na determinação celular

Perspectivas futuras

1. Estudos comparativos em outras 15 espécies de aves
2. Análise em escala celular usando single-cell RNAseq
3. Integração com dados paleontológicos para criar modelos evolutivos
4. Aplicações biomédicas em terapias para displasias ectodérmicas

Estamos apenas arranhando a superfície. Cada resposta traz novas perguntas fascinantes sobre como a natureza constrói suas maravilhas.

O artigo completo

Cooper RL, Milinkovitch MC (2025) In vivo sonic hedgehog pathway antagonism temporarily results in ancestral proto-feather like structures in the chicken. PLoS Biol 23(3): e3003061. https://doi.org/10.1371/journal. pbio.3003061