Há perguntas que fizemos ou tentamos responder: por que o céu é azul, quantas estrelas existem no céu, quem é mais forte - o tubarão branco ou a orca, etc. E há perguntas que não fizemos, mas a resposta ainda é muito interessante. Uma dessas perguntas é - o que é tão importante que os cientistas das universidades de Lund (Suécia), Witwatersrand (África do Sul), Estocolmo (Suécia) e Würzburger (Alemanha) decidiram investigar juntos? Provavelmente, é algo muito importante, muito complexo e incrivelmente útil. Bem, é difícil afirmar isso com certeza, mas com certeza é bastante intrigante, nomeadamente - como os besouros que rolam esterco se orientam no espaço. À primeira vista, isso pode parecer trivial, mas nosso mundo está cheio de coisas que não são tão simples como parecem, e os besouros que rolam esterco são a prova disso. Então, o que há de único no sistema de navegação do besouro rolaesterco, como os cientistas verificaram isso e qual é o papel da competição aqui? Vamos encontrar respostas para essas e outras perguntas no relatório do grupo de pesquisa. Vamos lá.
O protagonista
Em primeiro lugar, precisamos nos familiarizar com o protagonista desta pesquisa. Ele é forte, trabalhador, persistente, bonito e carinhoso. Ele é um besouro de esterco da superfamília dos escarabeídeos.
Os besouros que rolam esterco receberam seu nome pouco atraente devido às suas preferências gastronômicas. Por um lado, isso é um pouco nojento, mas para o besouro que rola esterco, isso é uma excelente fonte de nutrientes, razão pela qual a maioria das espécies dessa família não precisa de outras fontes de alimento e até mesmo água. A única exceção é a espécie Deltochilum valgum, cujos representantes gostam de saborear milípedes.
A prevalência dos besouros que rolam esterco é invejável para a maioria dos outros seres vivos, pois eles habitam todos os continentes, exceto a Antártida. O habitat varia de florestas frias a desertos quentes. É óbvio que é mais fácil encontrar grandes concentrações de besouros que rolam esterco em lugares onde os animais que são 'fábricas' de produção de seu alimento vivem. Os besouros que rolam esterco preferem estocar comida para o futuro.
Um pequeno vídeo sobre os besouros que rolam esterco e as dificuldades de seu modo de vida (BBC, David Attenborough).
Diferentes tipos de besouros têm suas próprias características adaptativas de comportamento. Alguns formam bolinhas a partir de esterco, que rolam para longe do local de coleta e enterram em tocas. Outros cavaram túneis no solo, preenchendo-os com alimentos. E há aqueles que, conhecendo o ditado sobre Maomé e a montanha, simplesmente vivem em montes de esterco.
As reservas alimentares são importantes para o besouro, mas não tanto por razões de autopreservação, mas sim por preocupação com a prole futura. O fato é que as larvas dos besouros estrumeiros vivem do que seus pais coletaram anteriormente. E quanto mais esterco, ou seja, alimento para as larvas, maior a probabilidade de sobrevivência delas.
Encontrei essa formulação durante a pesquisa de informações, e ela não soa muito bem, especialmente a última parte:Os machos lutam por fêmeas, apoiando-se nas paredes do túnel e empurrando o oponente com seus chifres... Alguns machos não têm chifres e, portanto, não lutam, mas possuem glândulas sexuais maiores e vigiam a fêmea em um túnel vizinho...
Bem, vamos deixar a poesia e passar diretamente à pesquisa em si.
Como já mencionei antes, algumas espécies de besouros estrumeiros formam bolinhas e as rolam em linha reta, sem se preocupar com a qualidade e a complexidade do caminho escolhido, até a toca de armazenamento. É com esse comportamento desses besouros que estamos mais familiarizados graças a muitos documentários. Também sabemos que, além da força (algumas espécies podem levantar um peso mil vezes superior ao seu próprio), das preferências gastronômicas e do cuidado com a prole, os besouros estrumeiros se orientam muito bem no espaço. Além disso, eles são os únicos insetos que conseguem se orientar à noite pelas estrelas.
Na África do Sul (local da observação), o besouro estrumeiro, ao encontrar sua 'presa', forma uma bolinha e começa a rolá-la em linha reta em uma direção aleatória, procurando se afastar de concorrentes que não hesitarão em roubar sua comida. Portanto, para que a fuga seja eficaz, é necessário mover-se na mesma direção o tempo todo, sem desviar do curso.
O sol é o principal referencial, como já sabemos, mas não é o mais confiável. A altura do sol varia ao longo do dia, o que diminui a precisão da navegação. Por que os besouros não começam a dar voltas, se confundindo com a direção e conferindo um mapa a cada 2 minutos? É lógico supor que o sol não é a única fonte de informação para a orientação espacial. E aqui os cientistas sugeriram que o vento, mais precisamente sua direção, serve como um segundo referencial para os besouros. Essa não é uma característica exclusiva, pois formigas e até mesmo baratas são capazes de usar o vento para encontrar o caminho.
Em seu trabalho, os cientistas decidiram investigar como os besouros esterco utilizam essa informação sensorial multimodal, quando preferem se orientar pelo sol e quando pela direção do vento, e se usam ambas as opções simultaneamente. Foram realizadas observações e medições em seu habitat natural, bem como em condições laboratoriais controladas simuladas.
Resultados da Pesquisa
Neste estudo, o principal participante foi o besouro da espécie Scarabaeus lamarcki, e as observações no habitat natural foram realizadas na fazenda 'Stonehenge', perto de Joanesburgo (África do Sul).
Imagem nº 1: variação da velocidade do vento ao longo do dia (A), variação da direção do vento ao longo do dia (Em).
Foram realizadas medições preliminares da velocidade e da direção do vento. À noite, a velocidade era a mais baixa (<0,5 m/s), mas aumentava perto do amanhecer, atingindo um pico diário (3 m/s) entre 11:00 e 13:00 (altura do sol ∼70°).
Os índices de velocidade são notáveis porque superam o limiar de 0,15 m/s, necessário para a orientação mentotática dos besouros esterco. Além disso, o pico da velocidade do vento coincide em horário com o pico de atividade dos besouros. Scarabaeus lamarcki.
Os besouros rolam suas presas em linha reta desde o local de coleta por uma distância considerável. Em média, todo o percurso leva 6,1 ± 3,8 minutos. Portanto, durante esse intervalo de tempo, eles devem seguir a rota o mais precisamente possível.
Quanto à direção do vento, durante o período de máxima atividade dos besouros (das 06:30 às 18:30), a variação média da direção do vento ao longo de um intervalo de 6 minutos não ultrapassa 27,0°.
Ao combinar dados sobre a velocidade e direção do vento ao longo do dia, os cientistas acreditam que essas condições climáticas são suficientes para a orientação multimodal dos besouros.
Imagem nº 2
Chegou a hora das observações. Para testar a possível influência do vento nas características de orientação dos besouros de esterco no espaço, foi criada uma 'arena' circular, com comida no centro. Os besouros podiam rolar livremente as bolas que formaram em qualquer direção a partir do centro, com um fluxo de ar controlado e estável de 3 m/s. Esses testes foram realizados em dias claros, quando a altura do sol variava ao longo do dia da seguinte forma: ≥75° (alta), 45–60° (média) e 15–30° (baixa).
Mudanças no fluxo de ar e na posição do sol podem variar em 180° entre duas abordagens do besouro (2A). Vale lembrar que os besouros não sofrem de esclerose, portanto, após a primeira abordagem, eles se lembram da rota escolhida. Sabendo disso, os cientistas consideram as mudanças no ângulo de saída da arena na abordagem subsequente do besouro como um dos indicadores de sucesso na orientação.
Com a altura do sol ≥75° (alta), as mudanças de azimute em resposta à mudança de direção do vento em 180° entre as primeiras e segundas abordagens foram agrupadas em torno de 180° (P <0,001, teste V), com uma mudança média de 166,9 ± 79,3° (2B). Assim, a mudança na posição do sol (um espelho foi utilizado) em 180° causou uma reação pouco perceptível de 13,7 ± 89,1° (círculo inferior em 2B).
Curiosamente, com altura média e baixa do sol, os besouros mantiveram suas rotas, apesar das mudanças na direção do vento — altura média: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; altura baixa: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C e 2D). No entanto, as mudanças na direção dos raios solares em 180° tiveram uma reação oposta, ou seja, uma mudança radical na direção da rota do besouro — altura média: 153,9 ± 83,3°; altura baixa: −162 ± 69,4°; P <0,001 (círculos inferiores em 2A, 2C e 2D).
É possível que a orientação seja influenciada não pelo vento em si, mas pelos cheiros. Para verificar isso, os segmentos distais das antenas do segundo grupo de besouros foram removidos, responsáveis pelo olfato. As mudanças na rota em resposta à mudança na direção do vento em 180°, demonstradas por esses besouros, ainda estavam significativamente agrupadas em torno de 180°. Em outras palavras, não há diferença na capacidade de orientação entre os besouros com e sem o olfato.
A conclusão preliminar é que os besouros esterco utilizam o sol e o vento para se orientar. Foi estabelecido, em condições laboratoriais controladas, que a bússola do vento prevalece sobre a do sol em alturas elevadas do sol, mas a situação começa a mudar quando o sol se aproxima do horizonte.
Esta observação indica que existe um sistema de bússola multimodal dinâmico, onde a interação entre as duas modalidades muda de acordo com a informação sensorial. Ou seja, o besouro se orienta a qualquer momento do dia, dependendo da fonte de informação mais confiável no momento específico (sol baixo - orientação sol; sol alto - orientação vento).
Em seguida, os cientistas decidiram verificar se o vento ajuda ou não na orientação dos besouros. Para isso, foi preparada uma arena com um diâmetro de 1 m e comida no centro. No total, os besouros realizaram 20 abordagens com o sol em alta posição: 10 com vento e 10 sem vento (2F).
Como esperado, a presença de vento aumentou a precisão da orientação dos besouros. Observa-se que, em observações iniciais sobre a precisão da bússola solar, a variação do azimute entre dois abordagens consecutivas aumenta duas vezes em comparação com uma posição solar mais baixa (<60°).
Assim, entendemos que o vento desempenha um papel importante na orientação dos besouros esterco, compensando as imprecisões da bússola solar. Mas como o besouro coleta informações sobre a velocidade e a direção do vento? Certamente, é óbvio que isso acontece através das antenas. Para confirmar isso, os cientistas realizaram testes em interiores com um fluxo de ar constante (3 m/s) envolvendo dois grupos de besouros - com e sem antenas (3A).
Imagem nº 3
Como critério principal de precisão de orientação, foi considerada a variação do azimute entre dois abordagens com uma mudança de direção do fluxo de ar de 180°.
A variação na direção de movimento dos besouros com antenas foi agrupada em torno de 180°, ao contrário dos besouros sem antenas. Além disso, a mudança média absoluta do azimute dos besouros sem antenas foi de 104,4 ± 36,0°, o que difere significativamente da variação absoluta dos besouros com antenas — 141,0 ± 45,0° (gráfico em 3B). Ou seja, os besouros sem antenas não conseguiam se orientar corretamente pelo vento. No entanto, ainda se orientavam bem pelo sol.
Na imagem 3A foi mostrada a configuração do teste para verificar a capacidade dos besouros de combinar informações de diferentes modalidades sensoriais para ajustar sua rota. Para isso, o teste incluía ambos os marcos (vento + sol) durante a primeira tentativa ou apenas um marco (sol ou vento) durante a segunda. Assim, a multimodalidade foi comparada à unimodalidade.
Observações mostraram que as mudanças na direção do movimento dos besouros ao passar de um marco multimodal para um unimodal estavam concentradas em torno de 0°: apenas vento: −8,2 ± 64,3°; apenas sol: 16,5 ± 51,6° (gráficos no centro e à direita em 3C).
Essa característica de orientação não era diferente daquela obtida na presença de dois (sol + vento) marcos (gráfico à esquerda em 3C).
Isso indica que, em condições controladas, o besouro pode usar um marco, se o segundo não fornecer informações suficientes, ou seja, compensar a imprecisão de um marco com o outro.
Se você pensa que os cientistas pararam por aqui, não está correto. Em seguida, foi necessário verificar quão bem os besouros armazenam informações sobre um dos marcos e se o utilizam no futuro como complemento. Para isso, foram realizados 4 tentativas: na primeira, havia 1 marco (sol), na segunda e terceira, foi adicionado um fluxo de ar, e durante a quarta havia apenas o fluxo de ar. Também foi realizado um teste em que os marcos estavam na ordem inversa: vento, sol+vento, sol+vento, sol.
A teoria preliminar é que, se os besouros podem armazenar informações sobre ambos os marcos na mesma área da memória espacial no cérebro, então eles devem manter a mesma direção na primeira e na quarta tentativas, ou seja, as mudanças na direção do movimento devem se agrupar em torno de 0°.
Imagem nº 4
Os dados coletados sobre a mudança de azimute durante a primeira e a quarta tentativas confirmaram a suposição acima descrita (4A), que foi adicionalmente corroborada por meio de simulações, cujos resultados estão representados no gráfico 4C (à esquerda).
Como verificação adicional, foram realizados testes onde o fluxo de ar foi substituído por um ponto de ultravioleta (4B e 4C à direita). Os resultados foram praticamente idênticos aos resultados dos testes com a luz solar e o fluxo de ar.
Para um conhecimento mais detalhado sobre as nuances da pesquisa, recomendo dar uma olhada em e para ele.
Epílogo
A combinação de resultados de experimentos tanto em ambientes naturais quanto controlados mostrou que as informações visuais e mecanossensoriais dos besouros se convergem em uma rede neural comum e são armazenadas na forma de uma imagem de uma bússola multimodal. A comparação da eficácia do uso do sol ou do vento como ponto de referência mostrou que os besouros usam mais aquele ponto de referência que lhes fornece mais informações. O segundo é utilizado como um backup ou complemento.
Isso pode parecer bastante comum para nós, mas não devemos esquecer que nosso cérebro é muito maior do que o de um pequeno besouro. No entanto, como entendemos, até as criaturas menores são capazes de processos mentais complexos, pois em condições de vida selvagem, sua sobrevivência depende tanto da força quanto da inteligência, e muitas vezes de uma combinação de ambas.
Off-topic de sexta-feira:
Até os besouros brigam pela comida. E não importa que a comida seja uma bolinha de esterco.
(BBC Earth, David Attenborough)
Obrigado pela atenção, mantenham-se curiosos e tenham um ótimo final de semana, pessoal! 🙂
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Fonte: habr.com
