Peixe com 400 milhões de anos sugere que os ossos evoluíram para agir como baterias

Os primeiros ossos a conter células vivas forneceram minerais essenciais que permitiram aos peixes fazer viagens mais longas – alterando a trajetória de evolução dos vertebrados.

Publicado 13/04/2021, 15:46 WEST
Bothriolepis

Peixes couraçados e sem maxilar que viveram há cerca de 400 milhões de anos foram os primeiros a desenvolver ossos com células vivas, células que forneceram os minerais essenciais aos músculos dos peixes.

Fotografia de Brian Engh (ilustração)

Através do estudo de restos mortais fossilizados de peixes antigos, os cientistas descobriram um ponto de inflexão no desenvolvimento de uma das partes mais importantes dos humanos e de outros animais: os ossos. Embora os ossos forneçam principalmente uma estrutura para suportar o corpo, estes tecidos duros estão sempre a mudar e fornecem outros benefícios aos corpos dos vertebrados. Os ossos cuidam de si próprios, reparam ferimentos e fornecem nutrientes essenciais para a corrente sanguínea.

Contudo, os primeiros ossos eram muito diferentes dos encontrados nos esqueletos humanos da atualidade. No passado pré-histórico, os ossos eram mais parecidos com betão, crescendo no exterior dos peixes para fornecer uma concha protetora. Mas, de acordo com um novo estudo publicado na revista Science Advances, os primeiros ossos com células vivas – como os encontrados nos humanos – evoluíram há cerca de 400 milhões de anos e agiram como baterias esqueléticas: forneciam aos peixes pré-históricos os minerais necessários para viajar distâncias maiores.

No estudo, as criaturas fossilizadas são conhecidas por osteostráceos. “Eu chamo-lhes carinhosamente besouros sereia”, diz Yara Haridy, doutoranda no Museu da Natureza de Berlim e autora principal do estudo. Estes peixes tinham uma extremidade frontal dura protegida por uma armadura e uma cauda flexível na parte de trás. Não tinham maxilares e o seu tecido ósseo envolvia o corpo. Estes tipos de peixes são essenciais para a compreensão das origens das partes duras que moldaram a evolução dos vertebrados.

A investigação de Yara concentra-se nos osteócitos, as células que ficam encapsuladas pela parte mineral dura do osso como parte do crescimento de um esqueleto. Porém, os primeiros animais com ossos não tinham osteócitos, e alguns peixes modernos também não têm estas células, levando os paleontologistas a interrogar-se quando e porque é que estas células ósseas se desenvolveram pela primeira vez.

“Eu basicamente fiquei obcecada com a questão: porquê osteócitos?” diz Yara.

Nova técnica 3D

Resolver o mistério das células ósseas tem-se revelado um desafio para os paleontólogos. Geralmente, explica Yara, os investigadores estudam as estruturas microscópicas do osso cortando secções finas e examinando-as em fatias bidimensionais. Mas este método não fornece uma imagem tridimensional completa da aparência real das células ósseas.

Um dos métodos desenvolvidos para a ciência dos materiais e para outras aplicações de engenharia permitiu a Yara e aos seus colegas revelar estruturas ósseas que os cientistas ainda não tinham conseguido estudar. “Eu via as imagens impressas por um dos meus colegas no corredor e elas tinham uns poros incríveis em baterias, e pareciam células”, recorda Yara. O método usado para fazer estas imagens chama-se feixe de iões focalizado e microscopia eletrónica de varrimento (FIB-SEM), que cria imagens tridimensionais detalhadas. Yara perguntou quais eram os objetos onde esta técnica podia ser aplicada, e quando descobriu que um objeto seco e estável era o mais indicado, basicamente gritou: “O que é mais estável do que pedra?”

As imagens resultantes dos fósseis de peixes osteostráceos excederam as expectativas de Yara. “O meu maravilhoso coautor Markus Osenberg enviou-me despreocupadamente um email com as primeiras imagens, e eu telefonei-lhe para ter a certeza de que não se tratava de um modelo, mas sim dos nossos dados reais, porque era inacreditável.”

As imagens não mostravam realmente as células ósseas – que se tinham deteriorado há muito tempo – mas revelavam as cavidades onde as células ósseas viveram dentro dos peixes antigos. “Eu estava a olhar para um espaço onde uma pequena célula viveu há mais de 400 milhões de anos”, diz Yara.

Baterias de osso

Durante a revisão das imagens, a equipa reparou que o tecido ósseo em torno das cavidades celulares tinha sido comido. Contudo, essas pequenas manchas não eram o sinal de uma doença ou de ferimentos. As células ósseas tinham dissolvido parte do tecido para que o cálcio, o fósforo e outros minerais no interior pudessem ser enviados para a corrente sanguínea dos antigos peixes.

As células transformaram o tecido ósseo numa espécie de bateria, libertando minerais para os processos corporais, como a nutrição dos músculos necessários para nadar. Por sua vez, a necessidade de minerais adicionais ajudou a impulsionar a evolução dos ossos celulares, uma mudança que influenciou a trajetória dos vertebrados.

“Esta hipótese já existe há algum tempo, mas carece de corroboração”, diz Martin Brazeau, paleontólogo do Imperial College de Londres que não participou no estudo. Esta investigação fornece novas evidências de que as células ósseas primitivas reaproveitaram a armadura dos osteostráceos para fornecer um impulso extra de energia. “Eles descobriram que as margens em torno dos osteócitos tinham uma densidade menor do que o osso circundante, e isso são fortes evidências de metabolismo mineral”, acrescenta Sam Giles, paleontólogo da Universidade de Birmingham, que também não esteve envolvido no estudo.

Infelizmente, o processo FIB-SEM usado para criar as imagens ósseas de alta definição só consegue observar tecido ósseo perto da superfície do fóssil, e destrói essa parte da amostra durante o processo, não sendo por isso o método mais ideal para estudar ossos fósseis. Ainda assim, o uso desta técnica em determinados ossos fossilizados pode levar a descobertas sobre a função evolutiva dos esqueletos.

Para além de revelar as cavidades ósseas outrora ocupadas por células, o estudo conseguiu descobrir a forma e as ligações das células entre os ossos, algo que ainda não tinha sido feito anteriormente. “Esta abordagem é muito promissora”, diz Sophie Sanchez, anatomista da Universidade de Uppsala, na Suécia, que não esteve envolvida no estudo. Sophie diz que esta abordagem pode ser particularmente útil se for combinada com outras técnicas para se observar para além da superfície externa do osso fóssil.

O facto de os peixes antigos conseguirem tirar partido dos recursos minerais dos seus próprios esqueletos em tempos de necessidade teve consequências importantes para a vida na Terra. Sem o desenvolvimento de ossos celulares, os peixes provavelmente não conseguiriam fazer longas migrações, salienta Yara, porque não teriam os minerais necessários para nutrir os músculos.

Sem osteócitos, os vertebrados podiam nunca ter chegado a terra, dado que as baterias nos ossos fornecem o cálcio para a postura de ovos e lactação. A evolução podia ter seguido um caminho diferente, que não incluiria criaturas como dinossauros ou mamíferos.

O que a equipa vislumbrou nos ossos dos peixes antigos é apenas o começo, diz Yara. Revelar células ósseas em detalhe, centenas de milhões de anos depois dessas mesmas células terem morrido, tem o potencial para revelar todos os tipos de segredos osteológicos que eram impossíveis de detetar até agora. “Assim como as primeiras tomografias computadorizadas abriram o campo da paleontologia e deram origem a novas metodologias, prevejo que este método vai continuar a surpreender no futuro”, diz Yara.
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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