Sempre se considerou que as penas são uma característica e exclusiva das aves. Algumas estruturas que recobrem a sua pele, que desempenham um papel análogo ao dos pêlos dos mamíferos, e que atualmente cumprem muitas outras funções: camuflagem, comunicação, defesa, impermeabilidade, abrigo e, talvez a mais importante, o voo.
No entanto, há muito que se descobriu que existiam mais animais com penas do que aves, começando com a descoberta do Archaeopteryx. em 1860, e mais recentemente com a descoberta de muitos outros dinossauros emplumados; até mesmo a descoberta revolucionária das até então chamadas picnofibras dos pterossauros.
O fato de dois ou mais grupos de seres vivos que estão a uma certa distância evolutiva apresentarem a mesma estrutura pode ser explicado a partir de duas hipóteses possíveis.
Uma delas envolve uma única emergência do personagem em estado ancestral, que é então herdado por grupos descendentes; em alguns deles o caráter se perde evolutivamente e em outros é mantido. Um bom exemplo é encontrado no grande grupo dos tetrápodes, que inclui anfíbios, répteis e aves, e mamíferos. Originalmente, seu ancestral comum tinha quatro pernas e todos herdaram essa característica – a menos que as tenham perdido na evolução posterior. Esses traços ancestrais herdados são chamados de plesiomorfias.
A hipótese alternativa é a emergência múltipla da mesma estrutura em vários grupos que podem evoluir independentemente nesses grupos, sem que o ancestral comum tenha essa característica. Este processo é denominado convergência evolutiva, que se verifica, por exemplo, na presença de barbatanas em cetáceos e peixes-boi, dois grupos de mamíferos marinhos que evoluíram de forma independente, e que adquiriram as suas características em momentos diferentes da sua história. evolutivo O aparecimento de um mesmo traço, evoluindo paralelamente e independentemente em dois ou mais grupos diferentes, é chamado de homoplasia.
Se olharmos para os grupos conhecidos com penas, encontramos, por um lado, aves e dinossauros terópodes relacionados. Por outro lado, alguns grupos isolados dentro dos ornitísquios, que também possuem penas: os heterodontossauros, o ceratopsiano Psittacosaurus —o que nos leva a perguntar se outros ceratopsianos também poderiam tê-las—, ou o Kulindadromeus. No entanto, outros grupos intermediários, como os tireóforos ou os hadrossauros, até onde sabemos, não tinham penas. E por outro lado, temos a recente descoberta dos pterossauros.
Se as penas das aves são uma homoplasia, pode-se presumir que elas apareceram pelo menos duas vezes: nos pterossauros e nos dinossauros; e dentro dos dinossauros, eles podem ter surgido entre uma e quatro vezes – três vezes distintas nos ornitísquios e uma vez nos terópodes, contando os pássaros.
Porém, se se assumir que as penas são uma plesiomorfia, elas já devem ter estado presentes, pelo menos, nos ancestrais do grande grupo dos ornitodiros, entre cujos descendentes estão todos os pterossauros e dinossauros. E os integrantes desse grupo que não têm penas seriam, de qualquer forma, porque as perderam.
Com esta abordagem, e tendo em conta que as penas das aves, ornitísquios e pterossauros têm a mesma estrutura, o princípio da parcimónia convida-nos a pensar numa origem comum do traço, pelo menos no grupo Ornithodira, há cerca de 230 milhões de anos. . anos, e que a característica foi perdida em alguns grupos, pois os cetáceos perderam o cabelo. Esta hipótese é reforçada pela existência de ornitodiros basais, como Marasuchus, que também apresentavam picnofibras qualificando-se como penas.
Mas talvez a origem seja ainda anterior. As penas são constituídas essencialmente pelas β-proteínas córneas fibrosas CBP, do mesmo tipo das que compõem as escamas dos répteis. Até recentemente, presumia-se que os genes responsáveis ​​pela formação das penas eram formados a partir da duplicação dos genes CBP das escamas. Porém, hoje sabemos que os genes responsáveis ​​por algumas estruturas e outras são diferentes e independentes.
Os genes responsáveis ​​pela formação das penas já estavam presentes há 260 milhões de anos, antes da diversificação dos arcossauros. Portanto, esses genes não estavam presentes apenas em todos os dinossauros e pterossauros – com ou sem penas – mas também estão presentes nos crocodilianos. Após a diversificação dos crocodilos e ornitodiros, há cerca de 250 milhões de anos, houve uma duplicação de genes, o que favoreceu a formação de estruturas cada vez mais complexas, culminando nas até 150 duplicações que encontramos nas aves modernas.
Até agora, nenhuma espécie, moderna ou extinta, de crocodilos emplumados é conhecida. No entanto, os genes estão lá, portanto, sob as condições certas, e se a duplicação desses genes ocorreu em algum momento da história da sua linhagem, é possível que os crocodilos emplumados realmente tenham existido.
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Greenwold, M.J. et al. 2013. Evolução molecular e expressão de β-queratinas de arcossauros: Diversificação e expansão das β-queratinas de arcossauros e a origem das β-queratinas de penas: EVOLUÇÃO MOLECULAR DAS β-QUERATINAS DE ARCHOSAURIAN. Journal of Experimental Zoology Parte B: Evolução Molecular e do Desenvolvimento, 320(6), 393-405. DOI: 10.1002/jez.b.22514