Aprendizagem ou puro instinto?

Como ocorre a aprendizagem nos animais? Tudo o que eles fazem é consequência unicamente da sua carga genética? Suas atividades são realizadas somente pelo instinto ou eles são capazes de aprender? Há uma espécie de ave com características interessantes: pinyon jay (Gymnorhinus cyanopephalus); ela pertence à família corvidae e costuma comer sementes do pinheiro pinyon pine em grande quantidade. Mas elas não apenas consomem, também plantam suas sementes como jardineiros!

Os pinyon jay são também conhecidos como gaios, e podem formar organizações sociais com bandos superiores a 500 indivíduos. Eles vasculham a paisagem buscando alimento, em especial sementes de pinheiro. Ao encontrá-las, carregam mais de 50 de uma só vez – não com o bico, mas por meio de uma estrutura expansível do seu corpo: o esôfago.[2] As sementes que não são consumidas por eles são escondidas no solo para estoque em locais especiais.

Estudos estimam que, de setembro a janeiro, 250 gaios enterram cerca de 4,5 bilhões de sementes.[1] Aquelas que não forem reencontradas por eles, meses depois poderão originar novas plantas. O interessante é que essas sementes não costumam ser enterradas por eles em locais aleatórios, mas em áreas abertas, próximas a pilhas de arbustos e também árvores caídas – com condições apropriadas para o desenvolvimento de novas plantas (onde há disponibilidade de nutrientes, proteção contra ventos fortes, sol, etc.).

Como essas aves conseguem encontrar as sementes vários meses após escondê-las? Tal ação envolveria algum processo de aprendizagem?

Os gaios as armazenam em períodos de abundância – fim do verão e outono. Eles consomem plantas, nozes, frutas pequenas e sementes de pinheiro, mas, no fim do inverno, esses alimentos estão indisponíveis; assim, eles recuperam as sementes que foram armazenadas, encontrando-as com grande precisão. Na época de inverno, a dieta deles se reduz quase unicamente (95%) às sementes de pinyon pine.

Os gaios possuem uma memória espacial ótima, utilizam pontos de referência para localizar as sementes escondidas, recuperando não apenas o alimento, mas também uns dos outros (pela observação).

A aprendizagem pode ser classificada como “modificação adaptativa do comportamento com base na experiência” (p. 97).[3] Nos animais, a aprendizagem não gera alterações de comportamento pelo simples desejo de mudar; ela ocorre em casos de imprevisibilidade ambiental relevantes à espécie.

“A capacidade de aprender depende da organização do sistema nervoso estabelecida durante o desenvolvimento, seguindo instruções codificadas no genoma” (p. 1.138).[4]

Até mesmo nos insetos podemos identificar organismos com grande capacidade de aprendizagem. Isso acontece com as abelhas melíferas na busca por alimentos. Elas localizam quais “odores, formas e cores estão associados às diferentes flores produtoras de pólen ou néctar; em que momento particular do dia uma espécie de planta estará com as flores abertas; como retornar à colmeia após uma expedição de forrageio”, etc. (p. 98).[3]

De acordo com o autor, a seleção natural favoreceu o cérebro das abelhas melíferas, possibilitando que elas sejam capazes de incorporar informações importantes de variáveis ambientais, modificando atividades genéticas nas células cerebrais e alterando comportamentos do indivíduo, facilitando a exploração dos recursos das regiões vizinhas durante o forrageamento.

Na família dos corvos (Corvidae) esses comportamentos de aprendizagem espacial em resposta às pressões ecológicas específicas também ocorre. Neles, a aprendizagem espacial acima referida envolve a formulação de mapas cognitivos – “uma representação no sistema nervoso do animal da relação espacial entre os objetos ao seu redor” (p. 1.139).[4]

A adaptação de um organismo ao ambiente pode ser melhorada a partir da sua capacidade de aprendizagem, pelo estabelecimento de uma memória espacial do ambiente no qual vive.[4]

Dentre os Corvidae, quatro espécies possuem a predisposição para estocar alimentos, o que só é possível graças à ótima capacidade espacial deles. A aprendizagem acontece para que eles consigam solucionar problemas especiais em seu ambiente.
A época de escassez inicia-se cinco meses após o período de estocagem. Os machos apresentam probabilidades maiores do que as fêmeas de reencontrar as sementes escondidas. Isso acontece devido à responsabilidade deles em prover alimento para elas e seus filhotes. Assim, machos possuem memória melhor a longo prazo.
A ação de longos períodos de tempo, unindo-se à seleção natural com mutações genéticas seria a receita-chave para a geração de organismos com esse nível de complexidade?

(Moema Rubia Patriota é bióloga pela Universidade Estadual de Londrina, com especialização em Gestão, Licenciamento e Auditoria Ambiental pela UNOPAR, e MBA em Gestão Ambiental pela UFPR. É a idealizadora do Projeto: @polegarverdeambiental no Instagram)

Referências:
1. Providential planting, JOHNSON James J. Scofield.
2. The Coronell lab: allaboutbirds.org/guide/pinyon_jay/overview
3. ALCOCK, John. Comportamento animal: uma abordagem evolutiva (9 ed.).
4. REECE, URRY, et al. Biologia de Campbell.

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Artista no fundo oceânico

Em 1995 uma estrutura geométrica com padrão circular, apresentando cumes e vales radialmente alinhados, e com cerca de dois metros de diâmetro, foi encontrada no fundo do mar - no Japão, próximo ao sul da Ilha Amami Oshima. Qual seria a origem dessa estrutura? Eram formações que apareciam e em pouco tempo desapareciam, sem que houvesse a chance de descobrirem o responsável pela construção e compreender sua função. Por algum tempo ela foi chamada pelos mergulhadores de "círculo misterioso”. Teria sido produzida por organismos vivos ou seriam consequência de fenômenos naturais?

Estrutura geométrica encontrada no fundo do mar, no Japão [1]

Em 2011 o construtor dessa arte foi encontrado - o macho de uma espécie de baiacu do gênero Torquigener sp. com cerca de 12 cm de diâmetro.

Macho Torquigener sp. cavando um vale. Fotografia tirada por K. Ito [2]

Um estudo chamado "Role of Huge Geometric Circular Structures in the Reproduction of a Marine Pufferfish" foi publicado no periódico da Scientific Reports no ano de 2013, por Kawase, Okata e Ito, buscando compreender tanto a função dessa formação quanto a maneira como ela é construída.

Foram realizadas observações regulares (uma a três vezes na semana), de abril a setembro de 2011 e 2012; e posicionadas no fundo do mar câmeras fotográficas e de vídeo para a análise dos padrões de comportamento em frente as estruturas circulares.

Descobriu-se que essas formações são ninhos cercados por picos e vales radialmente alinhados. Observaram-se dez processos reprodutivos, desde a preparação para a desova até os cuidados com os ovos (tudo sendo realizado pelos machos).

Mas como o macho constrói essa estrutura geométrica?

Inicialmente ele cria uma forma circular básica e cava vales no fundo arenoso; depois, nada em vários ângulos (direção radial), de fora para dentro do círculo - formando picos e vales, usando suas barbatanas (nadadeiras) peitorais, anais e caudais.

Após isso, move-se para dentro produzindo concavidades e convexidades nos vales, sem usar as nadadeiras.

Ao centro dessa estrutura formada por picos e vales radialmente alinhados, há areia plana. No estágio intermediário de construção o macho adquire um comportamento de refinamento dela, a partir de movimentos repetitivos, possibilitando sua definição. Depois, ele nada em direção circular, agitando a areia da zona central (ninho), achatando a superfície e aumentando sua largura. Passa pela zona interna, movendo-se para fora e agitando partículas finas que fluem para a área central.

Na fase final, a estrutura circular é concluída com o uso da nadadeira anal.

Forma-se um padrão irregular na parte central - ninho, nela a areia escolhida é composta por partículas finas. Depois, o macho decora os picos e os vales ao redor com conchas e corais fragmentados.

É nessa fase que a fêmea visita o ninho; ela aparece algumas vezes, até que decide por liberar ou não os ovos na área central.

Estrutura geométrica produzida pela espécie de baiacu do gênero Torquigener sp.: a) estágio inicial; (b) estágio intermediário; (c) etapa final; e (d) após a desova. Fotografia de Y. Okata em 23, 27, 29 de junho e 6 de julho de 2012, respectivamente.

Ao observar tais condições, percebeu-se que as fêmeas avaliam a estrutura do ninho ao visitá-lo, mas os fatores específicos (altura dos picos, quantidade e qualidade das partículas, etc.), que irão afetar sua decisão no momento de colocar os ovos ou abandonar o espaço, ainda são desconhecidos.

Depois que os ovos são depositados, o macho fertiliza-os e permanece por seis dias cuidando deles. Nessa ocasião, a preocupação dele volta-se apenas para os ovos, não mais para a manutenção do ninho e de toda a estrutura ao redor.

Com o passar dos dias, tudo o que ele construiu (com muito gasto de energia e dedicação) vai desmoronando, suavizando e ficando mais plano com a ação das correntes de água. A área do ninho, que é construída com o uso seletivo de areia fina, começa a ser naturalmente substituída por areia grossa.

Percebe-se, assim, que a estrutura tem o objetivo de atrair a fêmea para depositar os ovos e originar novas gerações da espécie. Ela é completada e mantida intacta até a visita e fertilização dos ovos por ela, depois, a manutenção é deixada de lado. Após a eclosão dos ovos os machos vão embora, e, algum tempo depois, começam a construção de um novo ninho, em uma nova localidade.

Essa postura - atrair a fêmea com intuito reprodutivo, por meio da construção dos ninhos - é classificada como seleção sexual. Esse conceito foi introduzido por Darwin no livro A Origem das Espécies (1859), podendo ser definido como um tipo de seleção natural, atuando diretamente na variação entre os organismos do mesmo sexo, pela sua habilidade de conquistar parceiros, objetivando a transferência dos genes para gerações seguintes, ou seja, fins reprodutivos, e não por questões diretas de sobrevivência.

A seleção sexual pode ser classificada de duas formas: intrassexual - quando os machos monopolizam o acesso às fêmeas, conquistam esse direito pela competição direta com outro macho, tornando-se dominantes sobre um grupo, acasalando com o maior número possível delas. Esse tipo de seleção acaba selecionando os machos com características importantes para o embate (exemplo: chifres).

Na segunda classificação – interssexual -, a estratégia do macho é tornar-se mais atraente para a fêmea; isso pode ocorrer através do desenvolvimento de colorações distintas em penas/pelos, por exemplo. Nesse caso, a fêmea escolhe se quer ou não copular com ele. Essa seria a melhor classificação para a espécie de baiacu aqui descrita – o macho constrói ninhos elaborados para atrair a fêmea, ela visita o local e decide (por critérios ainda não conhecidos) se escolherá ou não esse macho, depositando assim os ovos.

O custo para a construção de toda a estrutura geométrica é muito alto, o macho dispende de sete a nove dias para concluir o processo. Nesse caso, parece obvio que ele deveria aproveitá-la para construir uma nova na mesma localidade, gastando menos tempo e energia.

Se o foco de toda essa construção é o ninho, por que o baiacu gasta tanto tempo e energia para produzir a estrutura radial composta por picos e vales? Na natureza, se algo ainda parece sem função é porque ainda há descobertas para serem realizadas, sempre há uma razão de ser para elas. Essa estrutura que rodeia a área central é importante para a coleta e depósito das partículas finas de areia no ninho, os picos impedem a dispersão das partículas finas agitadas. Um único ciclo de construção consome grande proporção de partículas de areia fina disponível para o ninho; assim, os vales podem não conter a quantidade de areia fina necessária para a reestruturação de vários ciclos reprodutivos. Com isso, os machos constroem novos ninhos, onde haja a disponibilidade suficiente de partículas de areia fina.

Pensando um pouco no processo de construção do ninho, essa estrutura geométrica foi erguida com elevado gasto de energia, tendo como objetivo atrair a fêmea para a reprodução. Mas de que modo esse comportamento teria sido selecionado pela seleção sexual? Embora a fêmea possua critérios para a escolha do ninho (ainda desconhecidos), quando ela toma a decisão de depositar ou não seus ovos nele, ela possibilita que o macho escolhido transmita seus genes para as gerações futuras; assim, essa característica vai sendo selecionada e levada adiante, ou seja, características específicas vão sendo fixadas no gene dos filhos/netos/bisnetos.

Mas e a origem desse comportamento? Ele não é constituído por uma única ação, mas um conjunto delas, resultando nessa estrutura geométrica incrível! O baiacu só é capaz de realizar tal ação porque ela está registrada em sua carga genética. Como seria antes de esse comportamento ter se constituído? Qual era o comportamento utilizado pelos machos para a reprodução? Será que os longos milhões de anos sugeridos pelo processo evolutivo seriam capazes de desenvolver tal comportamento? Seria possível constituí-lo em etapas? Tudo parece ficar confuso e estranho quando tentamos compreender esse processo pelas lentes do evolucionismo.

Moema Patriota

Referências:

Peixes baiacu fazem arte com areia no Japão: https://hypescience.com/peixes-baiacu-no-japao-fazem-arte-com-areia/ [1]
Role of Huge Geometric Circular Structures in the Reproduction of a Marine Pufferfish: https://www.nature.com/articles/srep02106 [2]
Tese de Doutorado: "Seleção Sexual e modelagem visual em Ameivula ocellifera." LISBOA, Caroline M.C.A.
Cristas, Chifres e Seleção Sexual: http://cienciahoje.org.br/coluna/cristas-chifres-e-selecao-sexual/
A seleção sexual: https://pt.slideshare.net/mobile/popecologia/seleo-sexual

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Uma doce complexidade

Muito pequenas, com o cérebro menor do que uma semente de gergelim e realizando atividades cotidianas tão bem estruturadas e complexas que deixam qualquer um de boca aberta! Existem mais de 20 mil espécies de abelhas. Abordar a quantidade de atividades realizadas por elas com tamanha precisão obviamente não é possível aqui. Então, vamos nos fixar em uma ação específica: a produção do mel.

O mel contém nutrientes, minerais e vitaminas; além disso, possui antioxidantes – especialmente em suas variedades mais escuras. Ele é uma solução concentrada dos açúcares glicose e frutose, com porcentagens menores de mais de 20 açúcares complexos. Apresenta também vestígios de minerais essenciais.

Em tempos antigos, o mel era usado para curar feridas e infecções. Povos da Birmânia utilizavam-no em cadáveres, para preservar o corpo pelo tempo necessário – até que os custos para o funeral fossem arranjados.

O mel cru (aquele não tratado termicamente) apresenta componentes com características antibacterianas. Um exemplo é a enzima glicose oxidase; ela é adicionada ao mel pelas abelhas (como um conservante). Quando colocada em contato com a água, promove (a partir da glicose) a liberação lenta de peróxido de hidrogênio (H2O2), que oxida os componentes externos das bactérias, formando buracos na membrana celular e causando a morte do micro-organismo.

O mel produzido a partir da Manuka (Leptospermum scoparium), um arbusto da Nova Zelândia, é conhecido como “mel que cura”. Ele possui uma enzima chamada metilglioxal – com características antibacterianas e virais únicas. Ensaios clínicos com a forma do mel não tratado termicamente foram realizados em hospitais, demonstrando que vírus e bactérias (incluindo as superbactérias resistentes aos antibióticos produzidos pelo ser humano) não são capazes de sobreviver às concentrações elevadas desse mel. Ele também foi testado em processos de cicatrização de feridas de pacientes com o sistema imune comprometido. Os resultados são iniciais, mas promissores.

E a produção do mel, como acontece? As abelhas apresentam dois estômagos, um responsável pela digestão e outro pela retenção do néctar (saco de mel). Entre eles há uma válvula que não permite a mistura do conteúdo dos dois estômagos. Para encherem o estômago com néctar, as abelhas forrageiras visitam até 1.500 flores, e, no retorno para a colmeia, adicionam enzimas a ele (iniciando o processo de conversão em mel). O néctar tem elevada concentração de água (80%); ele passa por um processo de desidratação, decaindo a uma média de 18% de água em seu conteúdo para a produção do mel.

Para que o néctar perca uma porcentagem tão elevada de água algo precisa ser feito. Ao ser depositado nas células (favos), ele fica exposto para alcançar taxas de evaporação mais rápidas. De noite, as coletoras auxiliam nesse processo, batendo as asas vigorosamente na entrada da colmeia e acelerando o processo de evaporação. Parte delas permanece de um lado, aspirando ar, e a outra metade soprando o ar carregado de vapor d’água. Depois de prontas, as células de mel são vedadas com uma tampa de cera. É no inverno que ele será utilizado como fonte de energia para a sobrevivência das abelhas.

Os favos onde o mel é armazenado na colmeia são compostos de cera. Eles possuem o formato hexagonal – design especial que possibilita o acúmulo máximo de mel, com o uso mínimo de cera em sua produção. A resistência dos favos é tanta, que eles já foram recuperados intactos da tumba de faraós e resgatados do fundo do mar sem danos.

Em uma colmeia típica, a quantidade necessária de mel para a manutenção da população no inverno é em média de 27 quilos. A distância média percorrida pelas abelhas, para essa produção, é de cinco milhões de quilômetros de voo.

As abelhas apresentam um biotermostato interno, sendo capazes de identificar quando a colmeia está sob ameaça térmica. Para que a rainha bote ovos, a temperatura da colmeia precisa estar próxima a 34 ºC. Temperaturas muito elevadas levam ao derretimento do favo de mel; muito frias provocam a morte da ninhada.

Quando as temperaturas estão baixas, as abelhas amontoam-se para aquecer a colmeia com seus corpos; quando ela está elevada demais, um alerta é acionado e transmitido para a colônia. Assim, as forrageiras largam seus trabalhos, enchem a boca de água advinda das fontes mais próximas e retornam, espalhando-a nos locais apropriados. O restante delas ventila a colmeia abanando as asas, acelerando, assim, a evaporação da água que ajudará no resfriamento do ambiente.

Como todas essas ações inteligentes e organizadas tiveram início? Qual foi a primeira abelha a iniciar essa dinâmica? Como foi a incorporação dessas ações no padrão genético e a transmissão às futuras gerações? Os processos evolutivos aleatórios, destituídos de propósito (que teriam levado milhões de anos para se desenvolver), seriam capazes de explicar a origem das abelhas com toda essa bagagem?

Moema Rúbia Patriota

Referências:

Revista: Creation 21(4):48–50, September 1999. A sweet revelation, autor: Tom Hennigan. Retirado de: https://creation.com/a-sweet-revelation This article is from
Revista: Creation 37(1):14–17, January 2015. Honey: A healing gift from the Creator, autor: Patrick Clarke. Retirado de: https://creation.com/gods-healing-gift-of-honey

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A evolução do instinto animal

O que significa agir por instinto? Animais e seres humanos possuem instinto, mas é importante defini-lo. Primeiro, devemos compreender que os estudos do comportamento animal, o que inclui os instintos, são aprofundados por meio de uma área de pesquisa chamada Etologia. Ela é relativamente recente. Originou-se na Europa, na década de 1930, por iniciativa de Konrad Lorenz e Nico Tinbergen. Mas, antes dela, Charles Darwin já havia dado algumas contribuições para o campo do comportamento animal.[1]

É importante ter conhecimento de que os estudos em Etologia têm como base a cosmovisão evolucionista. Ser criacionista não tira de nós a necessidade de conhecer o modo como os evolucionistas interpretam as pesquisas científicas nas mais diferentes áreas. Inclusive sabemos que há alguns pontos em comum entre essas diferentes cosmovisões (o que inclui o processo de microevolução e a seleção natural, mas não nas mesmas intensidades). Um conhecimento sólido e crítico só é construído graças ao estudo de ambos os “lados da moeda”.

De acordo com Charles Darwin, “um ato que para nós exigiria experiência para desempenhar é em geral considerado instintivo quando é desempenhado por um animal, mais ainda se for um animal jovem sem experiência, ou por muitos indivíduos que da mesma forma não conheçam sua finalidade” (p. 321). Os instintos são importantes para o bem-estar das espécies, quando suas condições de vida são alteradas podem ocorrer pequenas modificações nelas.[2]

Podemos citar a formiga saúva. Existem mais de 200 espécies delas. Elas vivem em colônias e apresentam subdivisões de tarefas entre os membros do formigueiro. Os bitus são os machos, eles acasalam com as fêmeas e morrem logo após. As cortadeiras cortam folhas e carregam para o formigueiro; os soldados protegem a colônia contra a invasão; as enfermeiras cuidam dos ovos, dos casulos e das pupas; e a tanajura (fêmea) realiza o voo nupcial com os bitus na primavera, sendo fertilizada. Depois desse episódio ela cai no solo, arranca as próprias asas e inicia a formação de uma nova colônia.[3]

Haja organização! Com certeza, há uma quantidade imensa de informação sobre esses organismos; apenas pincelamos de leve. Como teria surgido toda essa estrutura organizada entre a colônia das formigas saúva? Cada uma sabe sua função e a faz com perspicácia. De onde veio toda essa informação? Como a tanajura teria desenvolvido a “técnica” de arrancar as próprias asas no momento certo para reiniciar o processo de construção de uma nova colônia?

Para Darwin, mesmo os instintos mais complexos surgiram a partir de pequenas variações, conforme a necessidade da espécie às modificações do ambiente. Essas variações seriam acumuladas até onde se mostrassem vantajosas pela ação da seleção natural.[2] Como ações necessárias para a sobrevivência de uma espécie poderiam surgir lenta e gradualmente (milhões de anos)?

Richard Dawkins, biólogo evolutivo e etólogo (proeminente crítico do criacionismo), defende a ideia de que o instinto tenha surgido a partir do aprendizado pela observação. Em entrevista ele cita uma família de aves – Turdidae, nela estão aquelas popularmente conhecidas como sabiás ou tordos. Para se alimentar de certos caramujos, essas aves são capazes de esmagar conchas. Conforme Dawkins, um ancestral da espécie teria aprendido a maneira correta de esmagar uma concha. Esse comportamento teria sido copiado, as aves foram aprendendo e o comportamento foi sendo repetido pelas gerações seguintes por meio da observação.[5]

Como esse comportamento aprendido teria sido transmitido para uma próxima geração? O que seria transmitido não é a informação de como quebrar a concha, mas uma tendência genética capaz de acelerar o aprendizado desse comportamento. Assim, a seleção natural selecionaria os genes por muitas gerações, criando um “pool genético” (conjunto de genes presentes em uma população).[5] No caso, não haveria origem de novos genes que expressem tais comportamentos, mas a seleção daqueles que se adaptam às condições de sobrevivência da espécie pela seleção natural.

Outro exemplo dado por Dawkins foi acerca do comportamento aprendido por observação de uma espécie de ave conhecida por “tits”, pertencente à família Paridae (que inclui muitas espécies de chapim). Ele conta que, quando era criança, época em que havia entregadores de leite de porta em porta, as garrafas de leite tinham tampas de papelão ou papel laminado. Essas aves descobriram meios de abrir as tampas e tomar o leite do interior das garrafas. Por meio da observação, outras aves foram aprendendo e adquirindo esse hábito. Com isso, as gerações que aprendessem com mais rapidez teriam mais alimento disponível, havendo mais proles desses indivíduos para transmitir esses genes às gerações seguintes. Conforme citado acima, a transmissão seria de genes que possibilitem o rápido aprendizado para essa característica [5].

A aprendizagem por experiências específicas pode gerar alterações no comportamento do organismo, mas “a capacidade para aprender depende da organização do sistema nervoso estabelecida durante o desenvolvimento, seguindo instruções codificadas no genoma [conjunto de genes presente em uma espécie]. A aprendizagem em si envolve a formação de memórias por mudanças específicas na conectividade neuronal” (p. 1.138).[6]

Caso a hipótese do instinto surgido a partir da aprendizagem pela observação seja real. Como instintos complexos presentes em organismos “mais simples” teriam se estabelecido? De onde veio a informação genética que possibilitasse o desenvolvimento de tais comportamentos? A capacidade neural de uma aranha obviamente não será a mesma que a de um mamífero ou ave, por exemplo.

Como a aranha é capaz de fabricar a seda para a sua teia com características que intrigam tanto os cientistas? Alto nível de resistência, elasticidade e mais forte que o aço (nas mesmas dimensões)?[7] Essa ação não é pensada, é instintivamente realizada. Como compreender a origem da informação complexa e especificada presente na carga genética das aranhas?

Moema Patriota

Referencias:

[1] BERTELLI, Isabella. As contribuições da Etologia paraa Psicologia. 2008.  

 

[2] DARWIN, Charles. 1809-1882. A origem das espécies; tradução Carlos Duarte e Anna Duarte. São Paulo: Martin Claret, 2014.

 

[3] SOUZA, Ricardo. Formiga saúva/Atta spp. 2010. 

 

[5] Vídeo: DAWKINS, Richard. Como o aprendizado evolui para um instinto herdado?

[6] REECE, J.B... [et al.]. Biologia de Campbell. 10ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.

[7] MONTENEGRO, R. V. D. A teia da aranha.

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O mundo dos beija-flores

Os beija-flores, tão pequenos e belos, são popularmente conhecidos como colibris, pertencem à ordem Apodiformes e à família Trochilidae. Dentro desse grupo encontramos a menor ave conhecida: o colibri-abelha-cubano, com menos de 2g. As espécies de beija-flor vivem nas Américas. A maior diversidade encontrada está na região setentrional das Cordilheiras dos Andes, com 290 espécies. No Brasil, já foram identificadas 84 espécies. Os beija-flores não são aves sociáveis, apresentam poucos comportamentos cooperativos conhecidos. Um deles tende a ocorrer quando elas precisam se unir para expulsar predadores do seu território, defendem seu espaço por meio de vocalizações e também por confrontos diretos, mesmo quando sozinhos.  

Os machos atraem as fêmeas para acasalar usando "música", voos radicais quase indistinguíveis a olho nu e plumagens atraentes. A interação deles ocorre principalmente durante a reprodução, depois, a responsabilidade de construir ninhos, incubar os ovos e cuidar dos filhotes é da fêmea. 

O movimento de suas asas é tão acelerado que nossos olhos não são capazes de acompanhá-los; por isso os biólogos comumente utilizam câmeras de precisão, de alta velocidade, para estudá-los. Em reportagem da National Geographic Brasil (agosto/2017), ornitólogo Christopher Clark analisou os movimentos dos colibris-abelha-cubano - as manobras aéreas realizadas pelos machos durante o cortejo sexual, uma sequência de movimentos que não leva mais de um segundo, estes não distinguíveis a olho nu. Para a análise foi necessária uma câmera de precisão, que divide cada segundo de ação em 500 quadros, possibilitando uma observação detalhada dos movimentos aéreos. 

Durante o regime nazista, os primeiros helicópteros estavam em aperfeiçoamento. Nesse período, os beija-flores atraíram muito a atenção dos estudiosos. O conhecimento de tal complexidade poderia ser de grande importância para o desenvolvimento dessas máquinas, tendo em vista a capacidade dos beija-flores de pairar imóveis no ar por 30 segundos ou mais. 

  

Em julho de 2014, um estudo conduzido por David Lentink, professor assistente de engenharia mecânica em Stanford, trouxe novamente comparações e aprofundamentos da dinâmica do voo dos beija-flores com os helicópteros: análises quantitativas das asas dessas aves foram realizadas, indicando que elas geram sustentação de maneira mais eficiente que as melhores lâminas de micro-helicópteros. Tais descobertas podem ajudar na construção de veículos robóticos ainda mais potentes e inspirados nesses pássaros.

  

"Um helicóptero é realmente o dispositivo flutuante mais eficiente que podemos construir. Os melhores beija-flores são ainda melhores, mas acho incrível que estamos chegando perto. Não é fácil igualar o desempenho deles, mas se nós construirmos asas melhores com melhores desempenhos, poderíamos aproximar dos beija-flores " (LENTINK). 

Boa parte das aves produz força de sustentação com o movimento descendente das asas, o que as impele para a frente. Os beija-flores, diferentemente, geram forças de sustentação tanto ascendente quanto descendente, além de serem capazes de voar "de ré". 

Tyson Hedrick é pesquisador da Universidade de Carolina do Norte, especializado em biomecânica dos animais. Em uma de suas pesquisas, utilizou uma câmera capaz de filmar mil quadros por segundo, com um equipamento de raio X acoplado. Com isso, pôde observar os ossos das asas dos beija-flores em movimento, percebendo que eles não se movem para cima e para baixo com deslocamento vertical do ombro, durante o bater das asas, mas dão pequenos giros. Eles promovem sustentação movendo suas asas tanto para cima quanto para baixo, gerando vórtices - que são movimentos circulares ao redor de um centro de rotação. Assim, eles conseguem pairar e realizar manobras. 

Seu cérebro equivale em média a 4,2% do peso do corpo; proporcionalmente, é um dos maiores do reino animal.  Algumas das suas espécies são capazes de bater as asas até cem vezes por segundo. Durante o repouso, seu batimento cardíaco é de em média 500 a 600 vezes por minuto; quando em atividade, podem superar mil batimentos por minuto. 

De onde vem toda essa energia? 90% do seu alimento é néctar, que confere a manutenção para um metabolismo acelerado; os outros 10% são pólen e artrópodes, fontes de lipídios e proteínas.  

Essas aves são o grupo de vertebrados com a mais elevada taxa metabólica existente. Para repor suas energias, precisam alimentar-se a cada 10 ou 15 minutos. Com um hipocampo grande e volumoso, eles são capazes de lembrar a localização das flores em seu território, além de saber quando elas estarão com boa disponibilidade para a coleta do néctar. 

Se os beija-flores tivessem o tamanho de um ser humano de porte médio, teriam que beber uma lata de refrigerante a cada minuto que estivessem pairando no ar, devido ao acelerado consumo de calorias durante o voo. 

Conforme o site Stanford News, períodos superiores a 42 milhões de anos, com a ação da seleção natural, teriam "transformado" os beija-flores nos organismos voadores mais eficientes do mundo, especialmente pela sua capacidade de pairar no ar.  

Tamanha eficiência e complexidade poderiam ser resultado da ação de milhões de anos somados à ação da seleção natural? Esses dois fatores atuantes tornariam possível a origem dessa "máquina" com elevado grau de eficiência? 

                              

Macho de uma espécie de beija-flor tentando atrair a fêmea para acasalar 

Referências: 

GOLLER, Benny; ALTSHULER,Doug. Beleza Fugaz. Nacional Geographic Brasil Rumo à Lua. São Paulo, Abril Print, ano 18, nº 209, agosto,2017

SICK, H. Ornitologia Brasileira. Ed. Nova Fronteira S.A., Rio de Janeiro, Brasil, 1997. 

WILLIAMSON, S. A field guide to hummingbirds of North America. Houghton Mifflin Company, Boston, NY, USA,2002. 

Del HOYO,J.;ELLIOT,A.& SARGATAL, J. Handbook of  the Birds of The World. Vol. 5: Barnowls to Hummingbirds.Linxs Edicions,Barcelona, 1999. 

Animal Diversity Web - ADW, Trochilidae hummingbirds. Disponível em: http://animaldiversity.org/site/accounts/information/Trochilidae.html. Acesso em: 08 Mai 2018 

Beija-flores da Estação Experimental Cascata – Embrapa Clima Temperado / Bergmann …[et. al.] – Pelotas: Embrapa Clima Temperado, 2010. 

Standford News - Hummingbirds vs. helicopters: Stanford engineers compare flight dynamics. Disponível em: https://news.stanford.edu/news/2014/july/birds-versus-bots-073014.html. Acesso em: 10/5/2018.

(Moema Patriota é bióloga, graduanda em MBA em Gestão Ambiental, https://www.facebook.com/polegarverde/, https://www.youtube.com/channel/UCcv3W7tpnaDR1vYO2UfBp1w)

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O curioso processo de camuflagem dos polvos

O processo de camuflagem, que promove a intensa mudança de coloração, brilho e até mesmo modificações texturais da pele e formas dentre os Cephalopoda (lulas e polvos), é algo que impressiona pela beleza e pela velocidade dessas alterações. Esses indivíduos pertencem ao filo Mollusca, um dos maiores do reino animal. Todos os moluscos têm o corpo mole; ostras e lesmas são alguns exemplos. Muitos deles protegidos por uma concha. Algumas características singulares desse filo são a presença de rádula (órgão raspador que arranca partículas alimentares de superfícies duras) e pé muscular (principal órgão locomotor). O grupo varia muito, desde organismos muito pequenos e não tão complexos, até organismos com grandes dimensões, como a lula gigante do gênero Architeuthis, que podem alcançar 18 metros de comprimento e pesar 450 kg.  

O filo inclui invertebrados de locomoção extremamente lenta até os mais velozes, além de serem encontrados em uma grande variedade de habitats, como trópicos e mares polares. 

A classe Cephalopoda é formada por indivíduos marinhos e predadores, como lulas, náutilos, polvos e sibas. A maioria deles tem o corpo exposto, sem concha externa (com exceção do nautilóides); as conchas são geralmente reduzidas, internas ou inexistentes (como nos polvos). Apresentam o sistema nervoso e sensorial mais elaborado que os dos demais moluscos. Seus olhos são altamente complexos (com exceção dos Nautilus). E o cérebro é o maior dentre os invertebrados, com vários lóbulos e milhões de células nervosas.  

Um cefalópode é capaz de mudar sua aparência quase instantaneamente, o que é de extrema importância para comportamentos de fuga, sinalização e camuflagem. Os responsáveis pela mudança de coloração da pele são os cromatóforos, células que contêm grânulos de pigmentos e localizam-se na epiderme. Cada um dos cromatóforos está envolvido por células musculares; quando elas contraem promovem a expansão do cromatóforo e a dispersão do pigmento, assim as cores do animal variam. Quando as células musculares relaxam, os cromatóforos concentram o pigmento.

  

As lulas podem transmitir mensagens diversas em um mesmo instante, com variação nos padrões de cores em diferentes localidades do corpo. As mensagens podem estar sendo direcionadas para indivíduos diferentes, localizados em direções variadas.   

Os cromatóforos são capazes de mudar abruptamente sua coloração. Eles são órgãos neuromusculares e estão diretamente inervados ao cérebro. Diferentemente do que já se pensou, não são controlados por hormônios. Eles podem sofrer variações em sua constituição conforme a espécie - tamanho e cores por exemplo. Um único cromatóforo recebe inervações múltiplas. 

Na realidade, essas mudanças incríveis de tonalidades, luminosidade e textura ocorrem pela interação conjunta de diversos elementos: cromatóforos, iridóforos, leucóforos e músculos da pele. Os três primeiros estão dispostos em três camadas: os iridóforos estão abaixo dos cromatóforos e são incolores, de tamanhos variados e achatados, com cristais que refletem variedade de cores. Os leucóforos estão abaixo destes e são proteínas refletoras. A musculatura da pele define sua textura (enrugar, alisar) durante o processo de camuflagem; já os músculos do corpo agem diretamente na postura do animal. Conforme a situação, esses indivíduos também modificam comportamentos – permanecendo imóveis, encolhendo o corpo, expandindo para parecer mais avantajados, dentre outros. 

De acordo com Messenger (2001), o arranjo dessas três camadas sob a pele não pode ser considerado aleatório. O processo é altamente organizado, e o nível de complexidade é elevado. Os cefalópodes regulam os cromatóforos com base nas informações visuais por eles captadas, através da visualização das formas e diferentes intensidades de luz. Se a luz do fundo for clara, os cromatóforos retraem para que a luz alcance os leucóforos, e estes irão reagir para obter uma correspondência adequada das cores.  

Uma das funções de todo esse processo é a capacidade de ocultação do animal. Ele modifica suas cores, forma (posição do corpo) e textura para passar despercebido no substrato. Na coloração disruptiva ocorre a "quebra" da totalidade do animal: ele se adequa de tal forma ao ambiente que dificilmente identificamos seu corpo. Ele se confunde com o fundo.  

Na exibição interespecífica, o intuito é de interagir com predadores ou presas. Uma das reações pode ser o "aumento" do tamanho corporal. Já a exibição intraespecífica tem como foco a comunicação entre indivíduos da mesma espécie, podendo haver variações específicas de cores e formas (faixas, listras). 

Conforme Messenger (2001), a evolução estabelece que os cromatóforos nos cefalópodes teriam "surgido" a partir da redução e interiorização da concha em vários indivíduos pertencentes a esse grupo. Sepias e lulas, por exemplo, têm conchas internas; nas sepias elas são conhecidas como siba, nas lulas como penas (devido ao seu formato). Com isso, seus corpos estão mais expostos ao ambiente, são mais ágeis na locomoção, mas desprotegidos, vulneráveis aos predadores. Então, a camuflagem seria uma solução apropriada e complexa para a proteção do animal contra predadores. Assim, tal organização sugere que fortes pressões seletivas teriam sido exercidas durante o projeto da pele desses animais, pois ela apresenta elevado nível de complexidade.  

Para a eficiência desses sistemas de camuflagem é necessária a ação conjunta de grande número dos componentes: cromátóforos, iridóforos, leucóforos; além dos componentes texturais, locomotores e posturais dos animais. O comportamento eficaz depende do sincronismo destes e de um cérebro complexo. 

Será mesmo que pressões seletivas elevadas seriam suficientes para dar origem a estruturas e reações altamente complexas? Isso nos faz pensar em design inteligente... 

Moema Patriota

  

Visualize todos esses componentes em ação no vídeo abaixo: 

Polvo

Sépia

Referências: 

HICKMAN, C. P.; ROBERTS, J.L.S.; LARSON, A. "Princípios Integrados de Zoologia." Guanabara Koogan, 2009. 

MESSENGER, J.B. "Cephalopod chromatophores: neurobiology and natural history." Disponível em: https://pdfs.semanticscholar.org/cd79/572ef6659ecedee3cf29e207fc687d1880f6.pdf; Acesso em: 19 de abril de 2018. 

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