Navegação animal

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Pesquisa inicial

Karl von Frisch (1953) descobriu que os trabalhadores de abelhas podem navegar e indicar o alcance e a direção da comida para outros trabalhadores com uma dança de balanço.

Em 1873, Charles Darwin escreveu uma carta para a revista Nature, argumentando que os animais, incluindo o homem, têm a capacidade de navegar por um acerto de contas, mesmo que um sentido magnético 'bússola' e a capacidade de navegar pelas estrelas esteja presente:

No que diz respeito à questão dos meios pelos quais os animais encontrarem seu caminho para casa de uma longa distância, um relato impressionante, em relação ao homem, será encontrado na tradução em inglês da expedição ao norte da Sibéria, de von Wrangell. Ele descreve a maneira maravilhosa pela qual os nativos mantiveram um caminho verdadeiro em direção a um local específico, enquanto passava por uma longa distância através do gelo hummocky, com mudanças incessantes de direção e sem guia nos céus ou no mar congelado. Ele afirma (mas cito apenas a memória de muitos anos) que ele, um inspetor experiente, e usando uma bússola, não conseguiu fazer o que esses selvagens facilmente afetaram. No entanto, ninguém suporá que eles possuíam qualquer sentido especial que esteja ausente em nós. Devemos ter em mente que nem uma bússola, nem a estrela do norte, nem qualquer outro sinal desse tipo, é suficiente para guiar um homem a um ponto específico através de um país intrincado, ou através de gelo hummocky, quando muitos desvios de um percurso direto são inevitáveis, A menos que os desvios sejam permitidos ou uma espécie de "acerto de contas mortos" seja mantido. Todos os homens são capazes de fazer isso em um grau maior ou menor, e os nativos da Sibéria aparentemente em uma extensão maravilhosa, embora provavelmente de maneira inconsciente. Isso é efetuado principalmente, sem dúvida, pela visão, mas em parte, talvez, pelo senso de movimento muscular, da mesma maneira que um homem com os olhos cegos pode prosseguir (e alguns homens muito melhores que outros) por uma curta distância em uma linha quase reta, ou vire em ângulos retos, ou de volta novamente. A maneira pela qual o senso de direção às vezes é subitamente desarrumado em pessoas muito idosas e débilas, e o sentimento de forte angústia que, como eu sei, foi experimentada por pessoas quando de repente descobriram que estão prosseguindo em um total A direção inesperada e errada leva à suspeita de que alguma parte do cérebro é especializada para a função da direção.

Mais tarde, em 1873, Joseph John Murphy respondeu a Darwin, escrevendo de volta à natureza com uma descrição de como ele, Murphy, acreditava que os animais realizaram um acerto de contas mortas, pelo que agora é chamado de navegação inercial:

Se uma bola for suspensa livremente do teto de um transporte ferroviário, receberá um choque suficiente para movê -lo, quando o carro for acionado: e a magnitude e a direção do choque ... dependerão da magnitude e direção da força Com o qual o carro começa a se mover ... [e assim] ... toda mudança em ... o movimento do carruagem ... dará um choque da magnitude e direção correspondentes à bola. Agora, é concebivelmente bem possível, embora essa delicadeza do mecanismo não seja esperada, que uma máquina seja construída ... para registrar a magnitude e a direção de todos esses choques, com o tempo em que cada um ocorreu ... a partir desses dados A posição do carro ... pode ser calculada a qualquer momento.

Karl von Frisch (1886-1982) estudou a abelha européia de mel, demonstrando que as abelhas podem reconhecer a direção da bússola desejada de três maneiras diferentes: pelo sol, pelo padrão de polarização do céu azul e pelo campo magnético da Terra. Ele mostrou que o sol é a bússola preferida ou principal; Os outros mecanismos são usados ​​sob céus nublados ou dentro de uma colméia escura.

William Tinsley Keeton (1933-1980) estudou pombos de homing, mostrando que eles foram capazes de navegar usando o campo magnético da Terra, o Sol, bem como as pistas olfativas e visuais.

Donald Griffin (1915–2003) estudou a ecolocalização em morcegos, demonstrando que era possível e que os morcegos usavam esse mecanismo para detectar e rastrear presas, e para "ver" e, assim, navegar pelo mundo ao seu redor.

Ronald Lockley (1903–2000), entre muitos estudos de aves em mais de cinquenta livros, foi pioneiro na ciência da migração de pássaros. Ele fez um estudo de doze anos de cisalhas como o Manx Shearwater, morando na remota ilha de Skokholm. Essas pequenas aves marinhas fazem uma das migrações mais longas de qualquer pássaro - 10.000 quilômetros - mas retornam à toca exata do ninho em Skokholm ano após ano. Esse comportamento levou à questão de como eles navegaram.

Mecanismos

Lockley começou seu livro de navegação animal com as palavras:

Como os animais encontram seu caminho aparentemente país sem trilhas, através de florestas sem caminho, através de desertos vazios, além do mar sem features? ... Eles fazem isso, é claro, sem qualquer bússola visível, sextante, cronômetro ou gráfico ...

Muitos mecanismos foram propostos para a navegação animal: há evidências para vários deles. Os investigadores costumam ser forçados a descartar as hipóteses mais simples - por exemplo, alguns animais podem navegar em uma noite escura e nublada, quando nem pontos de referência nem pistas celestes como sol, lua ou estrelas são visíveis. Os principais mecanismos conhecidos ou hipotetizados são descritos por sua vez abaixo.

Lembrado de pontos de referência

Animais, incluindo mamíferos, pássaros e insetos, como abelhas e vespas (Ammophila e Sfhex), são capazes de aprender marcos em seu ambiente e usá -los na navegação.

Orientação pelo sol

Artigo principal: Sun Compass in Animals
O Sandhopper, Salitrus Saltator, usa o sol e seu relógio interno para determinar a direção.

Alguns animais podem navegar usando pistas celestes, como a posição do sol. Como o sol se move no céu, a navegação por esse meio também requer um relógio interno. Muitos animais dependem desse relógio para manter seu ritmo circadiano. Os animais que usam a orientação da bússola do sol são peixes, pássaros, tuas do mar, borboletas, abelhas, sandhoppers, répteis e formigas.

Quando Sandhoppers (como o Talitrus Saltator) são levados para uma praia, eles chegam facilmente de volta ao mar. Foi demonstrado que isso não é simplesmente se movendo ladeira abaixo ou em direção à visão ou som do mar. Um grupo de sandhoppers foi aclimatado para um ciclo diurno/noturno sob iluminação artificial, cujo tempo foi gradualmente alterado até 12 horas fora de fase com o ciclo natural. Então, os Sandhoppers foram colocados na praia sob luz solar natural. Eles se afastaram do mar, subindo a praia. O experimento implicava que os Sandhoppers usam o Sol e seu relógio interno para determinar seu título e que haviam aprendido a direção real até o mar em sua praia em particular.

Experimentos com cisalheiros de manx mostraram que, quando liberados "Under A Clear Sky", longe de seus ninhos, os Seabirds se orientaram primeiro e depois voaram na direção correta. Mas se o céu estivesse nublado no momento do lançamento, os cisalheiros voaram em círculos.

As borboletas monarcas usam o sol como uma bússola para orientar sua migração de outono do sudoeste do Canadá para o México.

Orientação pelo céu noturno

Em um experimento pioneiro, Lockley mostrou que os toutinegraes colocados em um planetário mostrando o céu noturno se orientou para o sul; Quando o céu do planetário foi então girado muito lentamente, os pássaros mantiveram sua orientação em relação às estrelas exibidas. Lockley observa que, para navegar pelas estrelas, os pássaros precisariam de um "sextante e cronômetro": uma capacidade interna de ler padrões de estrelas e navegar por eles, o que também requer um relógio de horário-do-dia preciso.

Em 2003, o esterco africano Scarabaeus zambesianus demonstrou navegar usando padrões de polarização à luz da lua, tornando -o o primeiro animal conhecido por usar a lua polarizada para orientação. Em 2013, foi demonstrado que os besouros de esterco podem navegar quando apenas a Via Láctea ou os aglomerados de estrelas brilhantes são visíveis, tornando os besouros de esterco os únicos insetos conhecidos por se orientar pela galáxia.

Orientação por luz polarizada

O modelo Rayleigh Sky mostra como a polarização da luz pode indicar direção para as abelhas.
Artigo principal: Rayleigh Sky Model

Alguns animais, principalmente insetos como a abelha, são sensíveis à polarização da luz. As abelhas podem usar luz polarizada nos dias nublados para estimar a posição do sol no céu, em relação à direção da bússola que pretendem viajar. O trabalho de Karl von Frisch estabeleceu que as abelhas podem identificar com precisão a direção e variar da colméia a uma fonte de alimento (normalmente um pedaço de flores portadoras de néctar). Uma abelha trabalhadora retorna à colméia e sinaliza para outros trabalhadores o alcance e a direção em relação ao sol da fonte de alimento por meio de uma dança de balanço. As abelhas observadas são capazes de localizar os alimentos voando a distância implícita na direção dada, embora outros biólogos tenham questionado se necessariamente o fazem ou são simplesmente estimulados a procurar comida. No entanto, as abelhas certamente podem se lembrar da localização dos alimentos e de voltar com precisão, se o tempo está ensolarado (nesse caso, a navegação pode ser ao sol ou de marcos visuais lembrados) ou em grande parte nublado (quando a luz polarizada pode ser usado).

Magnetorecepção

O pombo -homing pode retornar rapidamente à sua casa, usando pistas como o campo magnético da Terra para se orientar.
Artigo principal: magnetorecepção

Alguns animais, incluindo mamíferos como ratos cegos (spalax) e pássaros como pombos, são sensíveis ao campo magnético da Terra.

Os pombos Homing usam informações de campo magnético com outras pistas de navegação. O pesquisador pioneiro William Keeton mostrou que os pombos com mudança de tempo não podiam se orientar corretamente em um dia ensolarado claro, mas poderia fazê-lo em um dia nublado, sugerindo que os pássaros preferem confiar na direção do sol, mas mudar para usar um Sugestão de campo magnético quando o sol não está visível. Isso foi confirmado por experimentos com ímãs: os pombos não podiam orientar corretamente em um dia nublado quando o campo magnético foi interrompido.

Olfaction

O retorno do salmão pode usar olfação para identificar o rio em que se desenvolveram.

A navegação olfativa foi sugerida como um possível mecanismo nos pombos. O modelo de 'mosaico' de Papi argumenta que os pombos constroem e lembram um mapa mental dos odores em sua área, reconhecendo onde estão pelo odor local. O modelo de 'gradiente' de Wallraff argumenta que há um gradiente constante e em larga escala de odor que permanece estável por longos períodos. Se houvesse dois ou mais desses gradientes em direções diferentes, os pombos poderiam se localizar em duas dimensões pelas intensidades dos odores. No entanto, não está claro que esses gradientes estáveis ​​existam. Papi encontrou evidências de que os pombos anósmicos (incapazes de detectar odores) eram muito menos capazes de orientar e navegar do que os pombos normais, então a Olfação parece ser importante na navegação por pombos. No entanto, não está claro como as dicas olfativas são usadas.

As dicas olfativas podem ser importantes no salmão, que são conhecidas por retornar ao rio exato onde eclodiram. Lockley relata evidências experimentais de que peixes como peixinhos podem dizer com precisão a diferença entre as águas de diferentes rios. O salmão pode usar seu sentido magnético para navegar ao alcance do rio e, em seguida, usar Olfação para identificar o rio a curta distância.

Receptores de gravidade

Informações adicionais: Gradiometria de Gravidade

Estudos de rastreamento de GPS indicam que as anomalias da gravidade podem desempenhar um papel na navegação por pombos de homing.

Outros sentidos

Os biólogos consideraram outros sentidos que podem contribuir para a navegação animal. Muitos animais marinhos, como focas, são capazes de recepção hidrodinâmica, permitindo que eles rastreiam e pegassem presas, como peixes, sentindo os distúrbios que sua passagem deixa para trás na água. Mamíferos marinhos como golfinhos e muitas espécies de morcego são capazes de ecolocalização, que usam tanto para detectar presas quanto para orientação, sentindo seu ambiente.

Marking Waying

O rato de madeira é o primeiro animal não humano a ser observado, tanto em condições selvagens quanto em laboratório, usando marcos móveis para navegar. Durante a forrageamento, eles pegam e distribuem objetos visualmente conspícuos, como folhas e galhos, que eles usam como marcos durante a exploração, movendo os marcadores quando a área for explorada.

Integração do caminho

A integração do caminho resume os vetores de distância e direção percorridos de um ponto de partida para estimar a posição atual e, portanto, o caminho de volta ao início.
Artigo principal: Integração do caminho

O cálculo morto, em animais geralmente conhecido como integração de caminho, significa a montagem de pistas de diferentes fontes sensoriais dentro do corpo, sem referência a pontos visuais ou outros marcos externos, para estimar a posição em relação a um ponto de partida conhecido continuamente enquanto viaja em um caminho que não é necessariamente reto. Visto como um problema na geometria, a tarefa é calcular o vetor a um ponto de partida adicionando os vetores para cada perna da jornada a partir desse ponto.

Desde as origens de Darwin de certos instintos (citados acima) em 1873, a integração do caminho demonstrou ser importante para a navegação em animais, incluindo formigas, roedores e pássaros. Quando a visão (e, portanto, o uso de pontos de referência lembrados) não está disponível, como quando os animais estão navegando em uma noite nublada, no oceano aberto ou em áreas relativamente sem destaque, como desertos arenosos, a integração do caminho deve depender de pistas idiotéticas de dentro o corpo.

Estudos de Wehner na formiga do deserto do Saara (Cataglyphis bicolor) demonstram integração efetiva do caminho para determinar o cabeçalho direcional (por luz polarizada ou posição solar) e calcular a distância (monitorando o movimento da perna ou o fluxo óptico).

A integração do caminho em mamíferos faz uso dos órgãos vestibulares, que detectam acelerações nas três dimensões, juntamente com a eferência motora, onde o sistema motor diz ao resto do cérebro cujos movimentos foram comandados e fluxo óptico, onde o sistema visual sinaliza o quão rápido O mundo visual passa pelos olhos. Informações de outros sentidas, como ecolocalização e magnetorecepção, também podem ser integradas em certos animais. O hipocampo é a parte do cérebro que integra o movimento linear e angular para codificar a posição relativa de um mamífero no espaço.

David Redish afirma que "os experimentos cuidadosamente controlados de Mittelstaedt e Mittelstaedt (1980) e Etienne (1987) demonstraram conclusivamente que [a integração do caminho em mamíferos] é uma conseqüência da integração de pistas internas de sinais vestibulares e cópias eferentes motores".

Efeitos da atividade humana

Os pesticidas neonicotinóides podem prejudicar a capacidade das abelhas de navegar. As abelhas expostas a baixos níveis de tiametoxam eram menos propensos a retornar à sua colônia, em certa medida suficientes para comprometer a sobrevivência de uma colônia.

A poluição luminosa atrai e desorientou animais fotofílicos, aqueles que seguem a luz. Por exemplo, as tartarugas marinhas de choque seguem luz brilhante, particularmente a luz azulada, alterando sua navegação. A navegação interrompida em mariposas pode ser facilmente observada em torno de lâmpadas brilhantes nas noites de verão. Os insetos se reúnem ao redor dessas lâmpadas em altas densidades em vez de navegar naturalmente.

Veja também

Animal migrationSalmon run

Fontes

Lockley, Ronald M. (1967). Animal Navigation. Pan Books.Lockley, Ronald M. (1942). Shearwaters. J. M. Dent.Redish, A. David (1999). Beyond the Cognitive Map (PDF). MIT Press.Tinbergen, Nico (1984). Curious Naturalists (Revised ed.). University of Massachusetts Press.von Frisch, Karl (1953). The Dancing Bees. Harcourt, Brace & World.

Leitura adicional

Gauthreaux, Sidney A. (1980). Animal Migration, Orientation, and Navigation. Academic Press.Keeton, William (1972) Effects of magnets on pigeon homing. pages 579–594 in Animal Orientation and Navigation. NASA SP-262.Keeton, William (1977) Magnetic Reception (biology). In Encyclopedia of Science and Technology, 2nd Ed. McGraw-Hill.Keeton, William (1979) Pigeon Navigation. pages 5–20 in Neural Mechanisms of Behavior in the Pigeon. (A. M. Granda and J. H. Maxwell, Eds.) Plenum Publishing.