A navegação animal refere-se à capacidade de numerosas espécies de se orientarem com precisão e percorrerem distâncias sem depender de mapas externos ou ferramentas de navegação. Por exemplo, espécies de aves como a andorinha-do-mar do Árctico, insectos como a borboleta-monarca e organismos aquáticos como o salmão realizam migrações extensas, cobrindo milhares de quilómetros entre os seus locais de reprodução e alimentação. Além disso, uma infinidade de outras espécies navegam com eficiência em distâncias mais curtas.
Navegação animal é a capacidade de muitos animais encontrarem seu caminho com precisão, sem mapas ou instrumentos. Aves como a andorinha-do-mar do Ártico, insetos como a borboleta-monarca e peixes como o salmão migram regularmente milhares de quilômetros de e para seus locais de reprodução, e muitas outras espécies navegam com eficácia em distâncias mais curtas.
Em 1873, Charles Darwin propôs o cálculo morto - um método de navegação a partir de uma posição conhecida baseado apenas na velocidade e direção do próprio organismo - como um mecanismo potencial para a orientação animal. Durante o século 20, a pesquisa de Karl von Frisch revelou que as abelhas empregam vários sinais de navegação, incluindo o Sol, o padrão de polarização do céu azul e o campo magnético da Terra, com uma dependência primária de sinais solares, quando disponíveis. Da mesma forma, William Tinsley Keeton demonstrou que os pombos-correio utilizam uma gama diversificada de indicadores de navegação, como o Sol, o campo magnético da Terra, sinais olfativos e marcos visuais. Os estudos de Ronald Lockley ilustraram ainda que a cagarra, uma pequena ave marinha, poderia orientar-se eficazmente e regressar ao seu lar a toda velocidade após ser libertada a distância, dependendo da visibilidade do Sol ou das estrelas celestes.
Numerosas espécies animais possuem a capacidade de integrar vários tipos de sinais para uma orientação e navegação eficazes. Tanto os insetos como os pássaros, por exemplo, podem sintetizar características topográficas aprendidas com informações direcionais (derivadas do campo magnético da Terra ou de padrões celestes) para determinar sua localização e facilitar o movimento. Embora as representações espaciais internas, ou 'mapas', sejam frequentemente construídas através de informações visuais, outras modalidades sensoriais, como o olfato e a ecolocalização, também podem contribuir para a sua formação.
As capacidades de navegação dos animais selvagens podem ser afetadas negativamente pelas atividades antropogénicas e pelos seus subprodutos. Por exemplo, pesquisas indicam que os pesticidas podem atrapalhar a navegação das abelhas e a iluminação artificial pode afetar negativamente a orientação das tartarugas.
Estudos Fundamentais
Em 1873, Charles Darwin comunicou-se com a revista Nature, postulando que os animais, incluindo os humanos, possuem a capacidade de navegação com cálculo morto, mesmo quando um sentido de 'bússola' magnética e habilidades de navegação estelar também estão disponíveis:
No que diz respeito à questão dos meios pelos quais os animais encontram o caminho de casa a longa distância, um relato impressionante, em relação ao homem, pode ser encontrado na tradução inglesa da Expedição ao Norte da Sibéria, de Von Wrangell. Ele descreve ali a maneira maravilhosa como os nativos mantinham um rumo verdadeiro em direção a um determinado local, enquanto passavam por uma longa distância através de gelo montanhoso, com incessantes mudanças de direção e sem guia nos céus ou no mar congelado. Ele afirma (mas cito apenas de memória de muitos anos de existência) que ele, um agrimensor experiente, e usando uma bússola, falhou em fazer aquilo que esses selvagens facilmente efetuaram. No entanto, ninguém suporá que eles possuíssem algum sentido especial que está totalmente ausente em nós. Devemos ter em mente que nem uma bússola, nem a estrela do Norte, nem qualquer outro sinal semelhante, é suficiente para guiar um homem para um local específico através de uma região complexa, ou através de gelo irregular, quando muitos desvios de um curso reto são inevitáveis, a menos que os desvios sejam permitidos, ou uma espécie de “acerto de contas” seja mantido. Todos os homens são capazes de fazer isso em maior ou menor grau, e os nativos da Sibéria, aparentemente, em grande medida, embora provavelmente de maneira inconsciente. Isto é efetuado principalmente, sem dúvida, pela visão, mas em parte, talvez, pela sensação de movimento muscular, da mesma maneira que um homem com os olhos cegos pode avançar (e alguns homens muito melhor que outros) por uma curta distância em linha quase reta, ou virar em ângulo reto, ou voltar novamente. A maneira como o senso de direção às vezes fica subitamente desarranjado em pessoas muito idosas e fracas, e o sentimento de forte angústia que, como eu sei, foi experimentado por pessoas quando descobriram repentinamente que estavam seguindo uma direção totalmente inesperada e errada, leva à suspeita de que alguma parte do cérebro é especializada para a função de direção.
Posteriormente, em 1873, Joseph John Murphy respondeu a Darwin na Nature, detalhando sua hipótese sobre como os animais realizam o cálculo dos mortos, um processo agora entendido como navegação inercial:
Uma bola suspensa livremente dentro de um vagão ferroviário experimentará um deslocamento perceptível quando o vagão iniciar o movimento. A magnitude e a direção desse deslocamento estão diretamente correlacionadas com a força e a direção da aceleração inicial do carro. Conseqüentemente, qualquer alteração no movimento do carro transmitirá um deslocamento correspondente à bola. É teoricamente plausível, embora exija um nível impraticável de precisão mecânica, conceber um mecanismo capaz de registrar a magnitude, direção e tempo de cada um desses deslocamentos. A partir desses dados coletados, a posição precisa do carro em qualquer momento poderia ser determinada retrospectivamente.
Karl von Frisch (1886–1982) conduziu uma extensa pesquisa sobre as abelhas européias, estabelecendo que esses insetos possuem a capacidade de determinar uma direção específica da bússola através de três mecanismos distintos: orientação solar, detecção do padrão de polarização do céu e percepção do campo magnético da Terra. Suas descobertas indicaram que o Sol serve como a principal pista de navegação, com mecanismos alternativos empregados durante condições nubladas ou dentro dos limites de uma colméia escura.
William Tinsley Keeton (1933–1980) investigou pombos-correio, demonstrando sua capacidade de navegação utilizando o campo magnético da Terra, sinais solares e informações olfativas e visuais.
Donald Griffin (1915–2003) conduziu pesquisas pioneiras sobre ecolocalização em morcegos, confirmando sua viabilidade e estabelecendo seu papel na detecção e rastreamento de presas, bem como na percepção espacial e navegação dentro de seu ambiente.
Ronald Lockley (1903–2000), conhecido por seus extensos estudos ornitológicos documentados em mais de cinquenta publicações, foi um pioneiro na investigação científica da migração de aves. Ele realizou um estudo de doze anos sobre cagarras, especificamente a cagarra Manx, que habita a ilha isolada de Skokholm. Estas diminutas aves marinhas realizam uma das migrações aviárias mais longas, abrangendo 10.000 quilómetros, mas regressam consistentemente às suas tocas de nidificação precisas em Skokholm anualmente. Este comportamento notável levou a investigações sobre seus mecanismos de navegação.
Mecanismos
Lockley iniciou sua publicação, Animal Navigation, com a seguinte declaração:
Como é que os animais encontram o seu caminho através de regiões aparentemente sem caminhos, através de florestas sem caminhos, através de desertos vazios, sobre e sob mares indefinidos? ... Eles fazem isso, é claro, sem qualquer bússola, sextante, cronômetro ou gráfico visível...
Numerosos mecanismos de cognição espacial foram postulados para explicar a navegação animal, com suporte empírico existente para vários. Os investigadores tiveram frequentemente de rejeitar hipóteses mais simples; por exemplo, certos animais demonstram capacidades de navegação em noites escuras e nubladas, quando nem os marcos terrestres nem os sinais celestes, como o Sol, a Lua ou as estrelas, são discerníveis. Os principais mecanismos conhecidos ou hipotéticos são posteriormente detalhados.
Pontos de referência lembrados
Vários táxons animais, incluindo mamíferos, espécies de aves e insetos, como abelhas e vespas (Ammophila e Sphex), exibem a capacidade de adquirir e utilizar marcos ambientais para fins de navegação.
Orientação pelo Sol
Certas espécies animais são capazes de navegar utilizando sinais celestes, especificamente a posição do Sol. Dado o movimento aparente do Sol no céu, esta forma de navegação necessita de um cronômetro interno. Numerosos animais dependem desse relógio interno para regular os seus ritmos circadianos. Exemplos de animais que utilizam a orientação da bússola solar incluem peixes, pássaros, tartarugas marinhas, borboletas, abelhas, cigarrinhas, répteis e formigas.
Os cigarrinhas, exemplificados pelo Talitrus saltator, retornam consistentemente ao mar quando são deslocados de uma praia para o interior. A pesquisa indica que este comportamento não é atribuível apenas à gravitaxia ou à percepção sensorial do mar. Numa configuração experimental, um grupo de sandhoppers foi aclimatado a um ciclo artificial de dia/noite, que foi progressivamente alterado para ficar 12 horas fora de fase com o ciclo solar natural. Posteriormente, estes sandhoppers foram soltos numa praia sob luz solar natural, após o que se orientaram para longe do mar, movendo-se mais para o interior. Esta experiência sugeriu que os sandhoppers utilizam o Sol e o seu relógio endógeno para estabelecer a sua direção, tendo previamente aprendido a direção específica em direção ao mar na sua praia nativa.
Estudos envolvendo cagarras Manx revelaram que quando estas aves marinhas foram libertadas a uma distância considerável dos seus ninhos sob céu limpo, inicialmente orientaram-se antes de prosseguirem na direção correta para casa. Por outro lado, se o céu estivesse nublado no momento da libertação, as cagarras exibiam padrões de voo circulares não direcionados.
As borboletas monarca utilizam o Sol como uma bússola de navegação para direcionar a sua migração outonal para sudoeste, do Canadá para o México.
Orientação usando o céu noturno
Uma pesquisa pioneira realizada por Lockley demonstrou que as toutinegras, quando situadas dentro de um planetário exibindo o céu noturno, orientavam-se consistentemente para o sul. À medida que a esfera celeste simulada foi girando gradualmente, essas aves mantiveram seu alinhamento direcional em relação aos padrões estelares apresentados. Lockley postulou que a navegação estelar eficaz requer um "sextante e um cronômetro" dentro dos pássaros, implicando uma capacidade intrínseca de interpretar as configurações das estrelas para orientação direcional, juntamente com um relógio circadiano interno preciso. empregando luar polarizado para orientação. Posteriormente, em 2013, estudos revelaram que os escaravelhos possuem a capacidade de navegar mesmo quando apenas a Via Láctea ou aglomerados distintos de estrelas brilhantes são discerníveis, estabelecendo-os como os únicos insetos conhecidos por se orientarem por estruturas galácticas.
Orientação através de luz polarizada
Certas espécies animais, especialmente insetos como a abelha melífera, apresentam sensibilidade à polarização da luz. As abelhas aproveitam a luz polarizada em dias nublados para determinar a posição do Sol, determinando assim a direção pretendida da bússola. A pesquisa seminal de Karl von Frisch demonstrou a capacidade precisa das abelhas de identificar a direção e a distância entre sua colméia e uma fonte de alimento, normalmente um aglomerado de flores produtoras de néctar. Uma abelha operária que retorna comunica essas informações – o alcance e a direção em relação ao Sol – a outras operárias por meio de uma “dança oscilante”. Embora as abelhas observadoras sejam teoricamente capazes de localizar o alimento percorrendo a distância indicada na direção especificada, alguns biólogos têm debatido se elas invariavelmente seguem essas dicas ou são meramente solicitadas a iniciar uma busca por forrageamento. No entanto, as abelhas possuem inequivocamente a capacidade de recordar a localização dos alimentos e navegar de volta com precisão, independentemente das condições meteorológicas; eles podem utilizar o Sol ou pontos de referência visuais lembrados em dias ensolarados, ou luz polarizada durante períodos predominantemente nublados.
Magnetorecepção
Várias espécies animais, incluindo mamíferos como ratos-toupeira cegos (Spalax) e espécies de aves como os pombos, demonstram sensibilidade ao campo geomagnético da Terra.
Os pombos-correio integram dados do campo geomagnético com outras dicas de navegação. Investigações pioneiras de William Keeton revelaram que os pombos-correio deslocados no tempo eram incapazes de se orientar com precisão em dias claros e ensolarados, mas navegavam com sucesso em dias nublados. Isto sugeriu que essas aves dependem principalmente da direção do Sol, mas passam a utilizar sinais do campo magnético quando a visibilidade solar é comprometida. Esta hipótese foi corroborada por experiências envolvendo perturbações magnéticas, onde os pombos não conseguiam orientar-se corretamente em dias nublados, quando o campo magnético ambiente era perturbado.
Olfação
A navegação olfativa foi proposta como um mecanismo potencial para pombos. O modelo de “mosaico” de Papi postula que os pombos constroem e retêm um mapa cognitivo de odores ambientais, permitindo-lhes identificar a sua localização com base em perfis de cheiros locais. Por outro lado, o modelo de “gradiente” de Wallraff sugere a existência de gradientes de odor estáveis e em grande escala durante longos períodos. De acordo com este modelo, se existissem múltiplos gradientes em direções diferentes, os pombos poderiam triangular a sua posição em duas dimensões, avaliando as intensidades do odor. No entanto, a presença consistente de tais gradientes estáveis permanece não confirmada. A pesquisa de Papi forneceu evidências de que os pombos anosmicos (aqueles incapazes de detectar odores) exibiam habilidades de orientação e navegação significativamente diminuídas em comparação com os pombos normais, indicando a importância do olfato na navegação dos pombos, embora a utilização precisa desses sinais olfativos ainda não seja totalmente compreendida.
Os sinais olfativos são potencialmente cruciais para o salmão, que é conhecido por seu retorno preciso aos seus rios natais. Lockley apresentou dados experimentais indicando que os peixes, incluindo os peixinhos, podem diferenciar com precisão as distintas composições da água de vários rios. A hipótese é que o salmão possa empregar seu sentido magnético para navegação de longa distância até as proximidades do rio alvo, posteriormente utilizando o olfato para identificação de perto do curso de água específico.
Percepção da Gravidade
Investigações de rastreamento por GPS sugerem que anomalias gravitacionais podem contribuir para os processos de navegação dos pombos-correio.
Modalidades sensoriais adicionais
Além dos mecanismos primários de navegação, os biólogos investigaram modalidades sensoriais adicionais que contribuem para a orientação animal. Numerosas espécies marinhas, incluindo focas, apresentam recepção hidrodinâmica, capacidade que lhes permite detectar e perseguir presas, como peixes, percebendo as sutis perturbações da água geradas pelo seu movimento. Além disso, mamíferos marinhos como golfinhos e várias espécies de morcegos empregam a ecolocalização, um sistema sensorial sofisticado utilizado tanto para detecção de presas quanto para orientação ambiental.
Marcação
O rato-da-floresta representa a primeira espécie não-humana documentada, tanto em ambientes naturais como em laboratórios controlados, para empregar marcos móveis para fins de navegação. Durante as atividades de forrageamento, esses ratos coletam e dispersam estrategicamente itens visualmente proeminentes, como folhas e galhos. Posteriormente, esses objetos servem como dicas de navegação durante a exploração, e os marcadores são reposicionados assim que uma área é investigada minuciosamente.
Integração de caminho
A integração de trajetória, comumente referida como cálculo morto na navegação animal, envolve a síntese de vários sinais sensoriais internos para estimar continuamente a posição de um organismo em relação a uma origem conhecida, mesmo quando atravessa uma trajetória não linear e sem depender de pontos de referência visuais externos ou outros. Conceitualmente, esse processo pode ser enquadrado como um problema geométrico: calcular o vetor resultante até o ponto de partida somando os vetores individuais que representam cada segmento da jornada desde aquela origem.
Desde a publicação de Sobre as Origens de Certos Instintos de Darwin em 1873, a integração de caminhos tem sido reconhecida como um mecanismo de navegação crucial em diversos táxons animais, incluindo formigas, roedores e pássaros. Em situações onde a entrada visual e, portanto, a utilização de pontos de referência lembrados, não estão disponíveis - por exemplo, durante a navegação noturna em noites nubladas, na vastidão do oceano aberto ou em ambientes topograficamente indiferenciados, como desertos arenosos - a integração do caminho torna-se exclusivamente dependente de pistas idiotéticas originadas de dentro do próprio corpo do organismo.
Pesquisa conduzida por Wehner sobre a formiga do deserto do Saara (Cataglyphis bicolor) ilustra a eficácia da integração de trajetória para determinar a direção direcional, utilizando sinais como luz polarizada ou posição solar, e para calcular a distância percorrida por meio do monitoramento de movimentos das pernas ou fluxo óptico.
Em mamíferos, a integração de trajetória depende dos órgãos vestibulares, que percebem acelerações em três dimensões, em conjunto com a eferência motora - o feedback do sistema motor que informa o cérebro sobre os movimentos comandados - e o fluxo óptico, que envolve o sistema visual sinalizando a velocidade percebida do movimento do ambiente visual em relação aos olhos. Além disso, em espécies animais específicas, podem ser incorporados dados de outras modalidades sensoriais, como ecolocalização e magnetorecepção. O hipocampo desempenha um papel fundamental no cérebro, integrando entradas de movimento linear e angular para estabelecer a posição relativa espacial de um mamífero.
De acordo com David Redish, "Os experimentos cuidadosamente controlados de Mittelstaedt e Mittelstaedt (1980) e Etienne (1987) demonstraram conclusivamente que [a integração do caminho em mamíferos] é uma consequência da integração de sinais internos de sinais vestibulares e cópia eferente motora".
Efeitos da atividade humana
Os pesticidas neonicotinoides têm o potencial de comprometer a capacidade de navegação das abelhas. Especificamente, as abelhas submetidas a baixas concentrações de tiametoxame exibiram uma propensão reduzida para regressar às suas colónias, um défice suficientemente grave para comprometer a viabilidade de toda a colónia.
A poluição luminosa funciona tanto como um factor de atracção como de desorientação para os animais fotofílicos, que são espécies que se orientam para fontes de luz. Por exemplo, as tartarugas marinhas nascentes são atraídas por iluminação intensa, especialmente luz do espectro azul, o que consequentemente perturba os seus padrões naturais de navegação. O comprometimento da navegação nas mariposas é facilmente observável perto de lâmpadas artificiais brilhantes durante as noites de verão, onde os insetos se reúnem em altas densidades ao redor dessas luzes, em vez de aderirem aos seus comportamentos naturais de navegação.
- Migração de animais
- Notas
Notas
Referências
Fontes
- Lockley, Ronald M. (1967). Navegação Animal. Pan Books.Lockley, Ronald M. (1942). Cagarras. J. M. Dent.Redish, A. David (1999). Além do Mapa Cognitivo (PDF). MIT Press.Tinbergen, Nico (1984). Curious Naturalists (Edição revisada). University of Massachusetts Press.von Frisch, Karl (1953). As abelhas dançantes. Harcourt, Brace & Mundo.
- Gauthreaux, Sidney A. (1980). Migração, orientação e navegação de animais. Imprensa Acadêmica.
- Como funciona: navegação animal
- National Geographic: Animal Navigation (recursos para professores)
- Gauthreaux, Sidney A. (1980). Migração, orientação e navegação de animais. Imprensa Acadêmica.