A regra matemática oculta por trás dos bicos de aves e dinossauros

Bicos de aves aparecem em quase todas as formas e tamanhos - do bico fino, como um canudo, de um beija-flor ao bico cortante, como uma lâmina, de uma águia.

Ainda assim, descobrimos que essa diversidade impressionante se apoia numa regra matemática escondida, que orienta o crescimento e o formato dos bicos em praticamente todas as aves vivas.

Mais do que isso: essa mesma regra também descreve o formato dos bicos nos ancestrais já extintos das aves - os dinossauros. Ficamos animados em partilhar os resultados, agora publicados na revista iScience.

Ao analisar bicos a partir dessa regra matemática, conseguimos compreender como os rostos de aves e de outros dinossauros mudaram ao longo de 200 milhões de anos. Também é possível entender por que, em situações raras, essas regras acabam sendo contrariadas.

Quando a natureza segue as regras

Encontrar regras universais na biologia é algo incomum e desafiador - há poucos casos em que leis físicas pareçam se manifestar de forma tão abrangente em organismos diferentes.

Mas, quando uma regra aparece, ela se torna uma ferramenta potente para explicar padrões do mundo natural. O nosso grupo já havia identificado uma nova regra biológica que descreve o formato e o crescimento de várias estruturas pontiagudas, como dentes, chifres, cascos, conchas e, claro, bicos.

Essa regra matemática simples descreve de que maneira a largura de uma estrutura pontiaguda, como um bico, aumenta da ponta para a base. Chamamos essa regra de "cascata de potência".

Depois dessa descoberta, quisemos entender até que ponto a cascata de potência poderia explicar o formato dos bicos de aves e de outros dinossauros.

Dinossauros desenvolveram bicos mais de uma vez

A maioria dos dinossauros, como Tyrannosaurus rex, tinha um focinho robusto com dentes pontiagudos. Porém, alguns dinossauros (como o dinossauro semelhante a uma ema Ornithomimus edmontonicus) não tinham dentes e, no lugar deles, exibiam bicos.

Entre os terópodes - o grupo de dinossauros ao qual T. rex pertencia - os bicos evoluíram pelo menos 6 vezes. Em cada ocasião, os dentes foram desaparecendo e o focinho, ao longo de milhões de anos, foi-se alongando até assumir uma forma de bico.

No entanto, apenas um desses notáveis grupos de dinossauros sobreviveu ao evento de extinção em massa de 66 milhões de anos atrás. Com o tempo, esses sobreviventes deram origem às aves atuais.

A ave pioneira encontra a regra

Para testar a regra de crescimento da cascata de potência, analisámos 127 espécies de terópodes. Constatámos que 95% dos bicos e focinhos de terópodes obedecem a essa regra.

Com análises evolutivas avançadas baseadas em modelação computacional, mostramos que o terópode ancestral provavelmente apresentava um focinho dentado que já seguia a regra da cascata de potência.

De forma empolgante, isso indica que a cascata de potência pode descrever o crescimento não apenas de bicos e focinhos de terópodes, mas possivelmente de focinhos de todos os vertebrados: mamíferos, répteis e peixes.

Quem segue a regra - e quem a quebra

Depois de atravessarem a extinção em massa, as aves passaram por um período de mudanças extraordinárias. Hoje, elas ocupam o mundo inteiro, e os seus bicos estão ajustados a cada ambiente de maneiras muito particulares.

Há bicos adaptados para comer frutos, capturar insetos, perfurar e rasgar carne e até sorver néctar. A maior parte deles segue a regra de crescimento da cascata de potência.

Embora seja incomum, algumas aves avaliadas por nós não se enquadraram na regra. Um exemplo é o colhereiro-europeu, cujo bico altamente especializado permite peneirar a lama para capturar organismos aquáticos. É possível que o seu modo singular de alimentação tenha contribuído para que ele quebrasse essa regra tão comum.

Não nos incomodamos com espécies que fogem ao padrão, como o colhereiro. Pelo contrário: isso reforça o quanto a cascata de potência é informativa. A maioria dos bicos de aves cresce segundo a nossa regra, e esses bicos dão conta da maior parte dos estilos de alimentação.

Mas, de vez em quando, figuras fora do comum como o colhereiro rompem a regra de crescimento da cascata de potência para capturar os seus "vermes" especiais.

Agora que sabemos que a maioria dos bicos de aves e de dinossauros segue a cascata de potência, o próximo grande passo da nossa investigação é estudar como os bicos das aves crescem do pintainho até o adulto.

Se a cascata de potência for mesmo uma regra basal do crescimento dos bicos das aves, é provável que a encontremos escondida em muitas outras formas ao longo da árvore da vida.

Kathleen Garland, doutoranda, Escola de Ciências Biológicas, Monash University; e Alistair Evans, professor, Escola de Ciências Biológicas, Monash University

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.