Navegar é preciso

Longas rotas migratórias podem ser explicadas por mecanismos complementares em distintos níveis de organização

O domínio e aprimoramento da tecnologia de construção de grandes naus de madeira possibilitou grandes navegações, que levaram à expansão do mundo europeu a outros mundos, ao domínio de ameríndios, da Oceania, e da própria Antártica. Este domínio econômico foi possibilitado pela cartografia dos mares, das terras e dos céus, pelo uso de bússolas e sextantes, e pela energia e coragem de equipes de experientes marinheiros. Hoje em dia buscamos novas fronteiras, enviando sondas espaciais para planetas distantes, vislumbrando, quem sabe, uma rota de fuga deste nosso planeta, que ficou pequeno demais para nosso invento, uma saída de emergência em meio a tecnologias cada dia mais espetaculares. Esta conquista de novas terras, planetas e constelações, que envolve a elaboração de instrumentos, o aprimoramento de tecnologias e o desenvolvimento de culturas especializadas, mostra que navegação é algo complexo, que requer preparo e projetos e trabalho em equipe continuado. Mostra, enfim, que esta é uma atividade que requer ao mesmo tempo muita inteligência, muita coragem, e muito investimento. Coisa para poucos e escolhidos, para fortes e bem nascidos, destemidos aventureiros.

No entanto, de forma contraditória, um olhar comparativo mostra que somos muitos os escolhidos. A começar pelos mares, baleias e golfinhos singram oceanos muito antes de nossas naus, em rotas migratórias variadas, atravessando os mares em viagens maiores que as de nosso período de descobrimentos. Bandos de morcegos, bem como rebanhos de gazelas e outros mamíferos, realizam grandes migrações anuais em busca de alimento. Aves migratórias atravessam continentes e mares anualmente, em busca de melhores climas; as andorinhas do mar chegam a ter dois verões por ano, migrando de um pólo a outro e percorrendo, ao longo de sua vida, o equivalente a 60 voltas ao mundo. Peixes, como os salmões, também são famosos por migrações de milhares de quilômetros.

Todas estas migrações, realizadas por inúmeras espécies, são espetaculares por serem realizadas sem instrumento algum, sem mapas de apoio com rotas precisas, e sem celulares ou outros brinquedinhos que registrem externamente a memória de trajetos anteriores, facilitando a viagem. Sem esses apoios externos, tais navegações deveriam envolver a construção de mapas no sistema nervoso central, contendo representações de aspectos fundamentais da trajetória; por exemplo, os animais poderiam formar memórias de pontos de referência básicos, das distâncias e direções entre todos estes pontos de referência e em relação ao alvo final a ser atingido. Desse modo, ao serem colocados em qualquer ponto do ‘mapa’, poderiam se orientar corretamente, e poderiam planejar rotas ótimas (calcular custos e benefícios de rotas alternativas entre dois pontos). Tal mapa cognitivo é dito alocêntrico, ou seja, envolve mensurações de vetores independentemente da posição do animal nele (os vetores imaginários e computáveis não partem do animal, nem apontam para ele).

Para deixar claro o que seria um mapa cognitivo, imagine-se acordando de noite para ir ao banheiro; no escuro, talvez após alguns tropeços em mochilas ou brinquedos esquecidos no corredor, você chega ao alvo. A mesma habilidade se manifesta quando você indica ao telefone o caminho de casa para um amigo perdido. Fora um erro aqui e outro acolá, aparentemente não sentimos muita dificuldade em utilizar mapas cognitivos. No entanto, nós, humanos, temos um cérebro bastante avantajado, com massa neural suficiente para que possamos lidar com estes mapas internos de maneira quase que imperceptível. A dificuldade surge quando vemos pequenos insetos, como gafanhotos ou libélulas realizando migrações de milhares de quilômetros. Borboletas, por exemplo, têm cérebros minúsculos, uma quantidade pequena de tecido nervoso disponível para processamento e armazenamento de informações. No entanto, isso não as impede de fazer grandes migrações. A migração de Danaus plexippus, mais conhecida como borboleta monarca, é a mais estudada. Populações inteiras de monarcas fogem do rigoroso inverno do sudeste do Canadá em direção ao topo das montanhas de Michoacán, no México (foto 1), onde passam um inverno ameno. Para tanto, voam cerca de 4 mil km em um/dois meses. Ao final do brando inverno mexicano, retornam novamente ao local de origem, para lá passar o verão seguinte.

Um caso menos conhecido, e potencialmente ainda mais impressionante, é o da borboleta Vanessa cardui (foto abaixo). Suspeitava-se que tais borboletas também fizessem migrações anuais de 4.000km, mas a dúvida residia no fato de que, para completarem sua provável rota entre o sul da Europa e o norte do Sudão, elas simplesmente teriam que atravessar nada mais nada menos que o Saara, a maior extensão desértica e quente do planeta, um desafio para ninguém botar defeito. Avaliando a composição de isótopos de hidrogênio presente nas asas de borboletas migrantes, pesquisadores puderam corroborar a hipótese de uma travessia regular do Sahara. Amostras do sul do Saara apontam que as borboletas são provenientes do sul da Europa. Além disso, amostras de Maghreb, no Saara central, indicam borboletas de distintas origens, algumas provenientes de regiões semi-áridas mais ao sul (no Sahel), e outras provenientes do sul da Europa. Isso sugere haver tanto rotas migratórias norte-sul como rotas sul-norte, revelando uma insuspeita complexidade em seus padrões migratórios. Dessa forma, estas aparentemente frágeis borboletas são na realidade gigantes de resistência, capazes de jornadas memoráveis, proeza equiparada apenas ocasionalmente por algumas poucas tribos de beduínos, que no entanto contam para isso com tropas de camelos e cabras, com preciso conhecimento sobre a localização de vilarejos e de oásis, além de estarem embebidas em uma milenar cultura de sobrevivência em desertos.

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Foto 2: Vanessa cardui: fonte: http://www.wikiwand.com/nl/Vanessa_(vlinders)

Agora, vamos à questão que não quer calar: como é que borboletas (e outros insetos) são capazes de tais proezas, armados apenas com seus micro-cérebros? A construção de mapas cognitivos requer habilidades extremamente custosas em termos neurais. Requer não apenas a memória de trajetos já realizados, mas o cálculo de vetores utilizando um sistema métrico uniforme em todo o mapa. Requer que rotas alternativas sejam comparáveis dentro desta métrica comum. Requer que atalhos possam ser tomados, cruzando áreas inteiramente desconhecidas. Requer capacidade de planejamento de rotas. Requer a capacidade de utilizar desvios quando rotas usuais estão bloqueadas. Enfim, ter um mapa cognitivo requer inúmeras capacidades, e cada capacidade requer um sub-sistema neural devotado para o processamento específico de informações. Ter muitas capacidades implica ter muitos sub-sistemas de orientação e, portanto, um sistema nervoso complexo e com grande número de células/conexões nervosas, o que parece improvável em animais com sistemas nervosos minúsculos. Assim, como é que borboletas se orientam?

Aparentemente as borboletas resolvem este complexo problema de navegação de uma forma engenhosamente simples. Estudos mostram que o mecanismo principal de orientação é o compasso solar. As borboletas mantêm uma direção estável de voo orientando-se pela posição do sol. Não há indicações claras de que elas tenham informações sobre onde se encontram em relação ao destino final, ou seja, elas não se utilizam de um mapa cognitivo. A direção do sol, no entanto, é em si mesma um péssimo indicador de rotas, visto que ela muda ao longo do dia e das estações. Além disso, o sol pode estar encoberto em dias nublados ou chuvosos. Para resolver o primeiro problema, as borboletas utilizam o compasso solar aliado a um relógio circadiano interno, como discutiremos abaixo. Para resolver o problema dos dias nublados, utilizam a luz polarizada. A detecção de luz polarizada (que permite indicar a posição do sol mesmo que ele não esteja visível) é mediada por fotorreceptores na faixa do ultravioleta, que expressam opsina (proteína que compõe o pigmento fotossensível), localizados na margem dorsal de seus olhos compostos. Neurônios destas áreas projetam-se para o complexo central, no sistema nervoso central (SNC), que deve então processar as informações sobre a posição do sol a cada momento.

Células nervosas específicas, nas antenas da borboleta, expressam proteínas que formam uma rede de interações que se retroalimentam de forma cíclica. Uma dessas proteínas é fotossensível, de modo que a ciclagem se ajusta a alterações na duração do dia (menor no inverno, e maior no verão). Dessa forma, o estado destes neurônios cicla circadianamente, e poderia assim ser utilizado para corrigir a posição do sol. Por exemplo, se a monarca migra sempre em direção sudoeste, ela deve manter o sol à sua esquerda pela manhã, e à sua direita pela tarde. Basicamente o relógio circadiano interno permitiria à monarca saber as horas e, com isso, ajustar sua rota, utilizando assim um compasso solar corrigido pelo horário do dia. Simples e engenhoso. Mais que isso, esse mecanismo permite uma formidável economia de processamento de informação.

As monarcas não voam ativamente durante todo os quatro mil quilômetros rumo ao México. Elas surfam em correntes térmicas, acompanhando o movimento da frente de ar frio que se dirige do norte ao sul quando o inverno se aproxima. Assim, elas necessitam utilizar o compasso solar corrigido para manter o leme cravado na direção sudoeste, de modo a não serem carregadas pelos ventos para regiões inóspitas.

Falta ainda uma peça nesse quebra-cabeças: como as monarcas acham sistematicamente o bosque de árvores Oyamel nas montanhas de Michoacán? Voando na direção sudoeste pode-se chegar a muitos locais distintos: por que os bosques de Oyamel? Uma das hipóteses é que elas registrem o odor liberado pelas árvores, de modo que novamente a antena teria um papel crucial na navegação.

Outro aspecto que requer atenção é a sucessão de gerações de borboletas durante o ciclo migratório. Migrantes que passam o inverno em Michoacán não chegam de volta ao sudoeste do Canadá. Ao menos três gerações de borboletas se interpõem entre aquelas que migraram para o sudoeste e aquelas que chegaram de volta ao verão canadense. Além disso, enquanto as gerações migratórias são sociais, as gerações que passam o verão no sudoeste do Canadá são solitárias. É altamente provável que a socialidade afete o direcionamento das borboletas durante o voo coletivo. Sabe-se que cardumes de peixes, por exemplo, têm uma percepção ampliada de suas presas, porque a fuga de uns poucos peixes (que avistaram o predador) arrasta consigo os peixes restantes (que nem ao menos perceberam o perigo). Da mesma forma, o voo coletivo das borboletas poderia teoricamente permitir uma espécie de correção pela média: erros grosseiros de rota de voo poderiam ser ajustados no voo coletivo. Finalmente, dado que temos gerações sucessivas com distintos hábitos de vida (migratórias e sociais, versus estacionárias e solitárias), algum mecanismo epigenético deveria estar em ação para ativar um ou outro destes modos de vida.

Exemplos como este mostram como pequenos animais podem resolver grandes problemas de forma simples. Há muito ainda o que saber sobre as espetaculares migrações de borboletas, mas certamente elas não requerem um sistema nervoso altamente complexo com múltiplos sub-sistemas especializados. Ao contrário, monarcas exemplificam como mecanismos moleculares (como o relógio circadiano), neurais (integração sensorial, coordenação motora) e epigenéticos se integram para tornar simples a solução de um problema que parecia ser complexo. Gerações sucessivas têm que alterar milimetricamente seus hábitos em função das diferentes estações do ano, sob o risco de não completarem o ciclo migratório e perecerem no rigoroso inverno. Navegar é preciso, mas ao contrário do que canta o poeta, em momentos de extrema necessidade, viver também é preciso.

Figura1: Grupos de Danaus plexippus ao final da tarde, em árvore de Oyamel: fonte: http://www.seanfitzgerald.com/2015/03/photo-of-the-day-monarchs-in-tree-2/

Hilton Japyassú (UFBA)

.Para saber mais

Aidley, D.J. (1981). Animal migration. Cambridge University Press.

Shettleworth, S. J. (2010). Cognition, evolution, and behavior. Oxford University Press.

Chapman, J. W., Reynolds, D. R., & Wilson, K. (2015). Long‐range seasonal migration in insects: Mechanisms, evolutionary drivers and ecological consequences. Ecology Letters, 18(3), 287-302.

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