Pequenas Maravilhas: Design em Pequenas Criaturas

2 de dezembro de 2019 às 05:52

Projetos em miniatura geralmente exigem mais previsão e engenharia delicada do que projetos grandes. Por exemplo, pense em como seria difícil projetar um veículo nano aéreo (NAV) que pudesse virar e pousar os pés em um teto de vidro. No entanto, mal notamos quando uma mosca faz isso. Os cientistas que olham mais de perto para essas coisas geralmente ficam admirados com o que os animais fazem. Aqui estão algumas pequenas maravilhas que merecem nossa admiração e respeito.

O voo

Cientistas dos EUA e da Índia desaceleraram e ampliaram como as moscas podiam pousar no teto. Em seu artigo “As moscas pousam de cabeça para baixo no teto usando manobras rotacionais rápidas mediadas visualmente”, publicado na revista científica de acesso aberto AAAS Science Advances, eles compartilham o que aprenderam.

“Moscas e outros insetos rotineiramente pousam de cabeça para baixo no teto. Essas manobras de aterrissagem invertida estão entre as façanhas acrobáticas mais notáveis, mas a gama completa desses comportamentos e seus processos sensório-motores subjacentes permanecem amplamente desconhecidos. Aqui, relatamos que o pouso invertido bem-sucedido em moscas envolve uma sequência serial de módulos comportamentais bem coordenados, consistindo em uma aceleração inicial ascendente seguida de rápida rotação do corpo e extensão da perna, antes de terminar com um balanço do corpo assistido por uma perna, articulado em torno das pernas firmemente presas para o teto. As análises estatísticas sugerem que as manobras rotacionais são acionadas quando a velocidade relativa de expansão da retina das moscas atinge um limite. Além disso, as moscas exibem taxas de pitch and roll altamente variáveis, fortemente correlacionadas e provavelmente mediadas por várias pistas sensoriais. Ao voar com velocidades mais altas para frente ou para baixo, as moscas diminuem a taxa de afinação, mas aumentam o grau de giro assistido pelas pernas, alavancando assim a transferência do momento linear do corpo. [Enfase adicionada.]”

Os pesquisadores da Penn State, que participaram do estudo, chamam isso de "sem dúvida a manobra acrobática mais difícil e menos compreendida, realizada por insetos voadores". O principal autor, Bo Cheng, disse: "Em última análise, queremos replicar isso na engenharia, mas precisamos entenda-lo primeiro. ”A equipe ficou espantada ao ver como a mosca poderia realizar quatro“ manobras perfeitamente cronometradas ”para pousar de cabeça para baixo num piscar de olhos: aceleração, roda dentada, extensão de perna e balanço do corpo inteiro auxiliado pelas pernas.

As manobras da mosca "exibiram uma velocidade angular notavelmente alta", descobriram os cientistas, enquanto observavam como o pequeno inseto "gira" em torno de suas patas dianteiras. Seu corpo vem bem equipado para lidar com a tensão. “Esse processo depende muito da aderência das almofadas em forma de almofada nos pés (chamadas pulvilos), o que garante uma aderência firme e a viscoelasticidade das articulações das pernas compatíveis, que amortecem o impacto no contato.” A equipe de pesquisa aparentemente também era fascinado com a aerodinâmica para especular sobre a evolução.

Uma mosca também está bem equipada para um vôo estável. Michael Dickinson estuda vôo de insetos há anos em seu laboratório especializado em Caltech. Sua equipe publicou outro artigo “notável” na Current Biology, relatando que “as moscas regulam o movimento das asas através do controle ativo de um giroscópio de dupla função”. As moscas da fruta são membros do Diptera (duas asas), porque suas asas traseiras enrugadas, chamadas halteres, foram considerados asas de vôo vestigiais. Alguns pensaram que funcionam como giroscópios. Dickinson decidiu testar essa ideia:

“As moscas executam suas notáveis manobras aéreas usando um conjunto de músculos direcionadores das asas, que são ativados em fases específicas do ciclo do golpe. A fase de ativação desses músculos - que determina sua produção biomecânica - surge através do feedback dos mecanorreceptores na base das asas e das estruturas exclusivas das moscas chamadas halteres. Evoluídos a partir das patas traseiras, os minúsculos halteres oscilam na mesma frequência que as asas, embora não tenham função aerodinâmica e pensem que atuam como giroscópios. Assim como as asas, os halteres possuem músculos de controle de minutos cuja atividade é modificada pela entrada visual descendente, aumentando a possibilidade de que as moscas controlem o movimento das asas ajustando a saída do motor de seus halteres, embora essa hipótese nunca tenha sido diretamente testada.”

Os evolucionistas que trataram os halteres como órgãos vestigiais inúteis agora terão que explicar ainda mais funções do que se pensava anteriormente.

“Nossos resultados sugerem que, em vez de agir apenas como um giroscópio para detectar a rotação do corpo, os halteres também funcionam como um relógio ajustável para definir o tempo de pico dos neurônios motores das asas, uma capacidade especializada que evoluiu do circuito de vôo genérico de seus ancestrais de quatro asas. Além de demonstrar como o circuito de controle eferente de uma estrutura sensorial regula o movimento da asa, nossos resultados fornecem uma visão do cenário seletivo que deu origem à evolução dos halteres.”

Mas se os halteres servem agora para funções úteis de controle e tempo, quem pode dizer que não eram equipamentos originais? Afinal, os dípteros em geral estão entre os folhetos mais versáteis do mundo dos insetos. Se algo funciona, como Paul Nelson apontou, não está acontecendo por acaso. “Embora o haltere seja comumente descrito como um giroscópio”, diz a equipe de Dickinson, “a estrutura é melhor interpretada como um órgão sensorial multifuncional.” Comparada com outros insetos com quatro asas, as moscas têm essa vantagem: “os mecanorreceptores das asas nunca podem fornecer limpe um sinal de relógio como os mecanorreceptores em um haltere. ”Na melhor das hipóteses, o benefício pode ser visto como uma subfuncionalização dos dispositivos posteriores em funcionamento. Isso representaria um exemplo de devolução, não evolução de novas características funcionais. Como um motorista com pouco combustível, ele eliminou o porta-malas para obter melhor quilometragem.

Formigas rápidas

Um novo recorde de velocidade terrestre foi descoberto nas formigas. A New Scientist escreve: “A formiga do deserto corre tão rápido que cobre 100 vezes o comprimento do corpo por segundo.” O repórter Michael Marshall não diz se a formiga grita “Ai!” A cada passo na areia quente do Saara, mas essa formiga parece um borrão enquanto corre, imitando o Road Runner da fama dos desenhos animados. O truque da formiga é sincronizar as seis pernas e dar até 47 passos por segundo. Caçando insetos exaustos pelo calor durante o dia, a formiga prateada do Saara tem outra adaptação: seu corpo é revestido com pelos prateados que superam o calor.

A cobertura da Nature inclui um vídeo mostrando a técnica de corrida da formiga desacelerada em um fator de 44 - e ainda é muito rápido para se concentrar. Galopando a 85 centímetros por segundo, a formiga praticamente voa com todos os pés fora do chão em alguns pontos de sua marcha. Se tocar um metro de cada vez no chão também lhe dá estabilidade, como um tripé, que ajuda a impedir que a formiga afunde na areia.

Burrow Masters

Os engenheiros da NASA estão tentando resolver um problema com seu mais novo módulo de aterrissagem em Marte, chamado Insight. Sua “toupeira”, um instrumento projetado para cavar 16 pés no solo marciano para medir Marsquakes, está preso a 14 polegadas. Foi equipado com um martelo inercial para escavação, mas o solo está se mostrando mais difícil do que o esperado, diz o JPL. Talvez eles devessem ter imitado minhocas. Como os animais macios e macios conseguem soltar o solo com tanta eficácia?

Helen Briggs, da BBC News, relata que “o primeiro atlas global de minhocas foi compilado, com base em pesquisas em 7.000 locais em 56 países.” O atlas da diversidade global de minhocas, publicado pela AAAS na Science, começa explicando por que isso é importante . "Minhocas são componentes-chave das comunidades ecológicas do solo, desempenhando funções vitais na decomposição e ciclagem de nutrientes através dos ecossistemas."

Separadamente, Liu et al. na Current Biology investigou como “as minhocas coordenam a biota do solo para melhorar múltiplas funções do ecossistema”. Seu conceito principal era “multifuncionalidade” dos solos, que se refere a “medidas agregadas da capacidade dos ecossistemas de fornecer simultaneamente múltiplas funções do ecossistema”. Seus experimentos e observações mostraram que os vermes oferecem sua contribuição vital principalmente “mudando a composição funcional em direção a uma comunidade do solo, favorecendo o canal de energia bacteriana e fortalecendo as associações bióticas das comunidades microbiana e microfaunal do solo”. Menos importantes foram seus efeitos na estrutura e no pH do solo. Em outras palavras, as minhocas cooperam com a biota do solo para promover as funções possíveis do ecossistema.

Um metro cúbico de solo pode conter 150 minhocas individuais, diz a BBC. Como as minhocas macias e flexíveis se espremem em solos duros, e conseguem tanto bem multifuncional com cérebros pequenos e sem olhos? Esses documentos não abordam isso, mas basta dizer que, sem eles, o solo terrestre provavelmente seria tão inóspito quanto o de Marte.

Um planeta dinâmico

Em muitos níveis, nosso planeta privilegiado foi projetado com a previsão de promover a habitabilidade. Ambientes em um planeta dinâmico provavelmente mudarão. Quando o habitat muda, os organismos devem ser flexíveis o suficiente para se adaptarem. A teoria do design inteligente pode apoiar a diversificação, o "gramado" da vida se ramificando nas pontas, em vez da árvore de Darwin com uma única raiz. A formiga prateada do Saara, por exemplo, poderia ter se diversificado de outras formigas depois que o Saara secasse de seu antigo habitat ribeirinho (como evidenciado pelos canais do rio detectáveis sob a areia). Exigiria apenas modificações ou exageros de características existentes: pêlos, pernas e comportamentos corporais.

Existem cerca de 6.000 espécies de minhocas, incluindo espécies de apenas alguns centímetros de comprimento para gigantes de até 3 metros; estes também poderiam ter se diversificado com base em seus ambientes locais. As asas traseiras de uma mosca podem encolher e se degradar se as asas forem subfuncionalizadas, passando de vários propósitos para se concentrar no mais importante para suas necessidades. Isso não é muito diferente dos peixes cegos das cavernas que, perdendo os olhos, compensam com sentidos exagerados de tato e olfato.

 Nenhuma  dessas considerações afeta o argumento do design. Asas, pernas e a capacidade de escavar não acontecem por acidente. Podemos nos maravilhar com a previsão embutida nessas criaturas que se tornam campeões em traços específicos em seus respectivos concursos familiares.

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Leia o artigo original com os devidos créditos em:

https://evolutionnews.org/2019/12/small-wonders-design-in-tiny-creatures/