Como a natureza pinta um arco-íris nas penas

Uma equipa internacional de cientistas, liderada por investigadores do Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos (CIBIO-BIOPOLIS), da Universidade do Porto, descobriu que os genes envolvidos na produção de melanina são responsáveis por controlar a organização das estruturas microscópicas que conferem a iridescência às aves. O estudo publicado e destacado na capa da prestigiada revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) desvenda os mecanismos moleculares em que alterações genéticas geram novas e impressionantes paletas de cores e impactam a evolução biológica na natureza.

As plumagens vibrantes, com reflexos metálicos, sempre despertaram curiosidade sobre o seu processo evolutivo, sabendo-se que estas cores dependem da forma como estruturas nanométricas interagem com a luz (coloração estrutural). O grande problema científico permanecia na compreensão do processo pelo qual as células em desenvolvimento conseguem construir uma arquitetura tão altamente organizada e simétrica, e de que modo as alterações genéticas influenciam essa construção celular.

Para responder a esta questão, os investigadores combinaram abordagens genéticas, óticas, de biologia celular e de microscopia. Analisaram as bases genéticas de oito variedades de cor do pavão-azul (Pavo cristatus) que emergiram em cativeiro e compararam a atividade dos genes em células individuais nas penas de duas espécies selvagens; a rola-esmeralda (Chalcophaps indica) e o pato-real (Anas platyrhynchos).   

Os principais resultados demonstram que:

• A análise revelou oito genes associados a alterações na iridescência do pavão, ligados ao transporte, à produção e à distribuição de melanina nas penas.   

• Estas mutações genéticas modificam ativamente o formato, a composição ou a quantidade de grânulos de melanina (melanossomas).   

• Consequentemente, as alterações físicas e químicas originam arquiteturas microscópicas distintas ou causam a desorganização das estruturas das penas.   

• Em aves selvagens, os melanócitos revelaram marcadas diferenças na atividade de expressão genética dos genes da melanogénese entre as zonas iridescentes e não iridescentes da plumagem.   

Os investigadores indicam, no entanto, que a relação exata e molecular de cada gene identificado precisa de ser demonstrada experimentalmente, e que a avaliação das células em espécies selvagens ocorreu num leque limitado de espécimes, o que exige confirmações noutras populações e famílias de aves. 

"O mais incrível é perceber que a melanina faz muito mais do que conferir tons castanhos, pretos ou ruivos às penas", afirma Soraia Barbosa, primeira autora do estudo e investigadora do CIBIO-BIOPOLIS. "Pequenas alterações na forma como é produzida e organizada podem dar origem a superfícies azul-esverdeadas com brilho metálico, apenas com reflexos violetas, ou a plumagens bege ou cinzentas que perdem a iridescência", acrescenta a investigadora.

Focando-se nas ramificações da descoberta, Miguel Carneiro, Investigador Principal no CIBIO-BIOPOLIS, delimita o panorama do futuro da investigação: "Este trabalho mostra como pequenas alterações no ADN podem ter consequências visíveis e extraordinárias. Ao compreendermos como os genes influenciam a formação das estruturas que produzem cor, conseguimos aproximar a genética, o desenvolvimento e a evolução da diversidade das aves."  

Barbosa S, Bittner C, Arbore R, Araújo PM, Pereira P, Andrade P, Fekete, C, Afonso R, Afonso S, Amorim MF, Marques CI, Nicolaï MPJ, Carita J, Brejcha J, Lopes RJ, Alves JM, Cruz F, Gómez-Garrido, J, Zamarreño C, Gut M, Alioto T, Ali, MA, Hilpert A, Hecht A, Spiecker E, Apeleo-Zubiri B, Ito S, Wakamatsu K, Andersson L, Corbo JC, Vogel N*, Carneiro M (2026). Modulation of Avian Iridescence via Melanogenesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 123(42).
DOI: 10.1073/pnas.2614444123