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Saltar, desviar, correr: imprevisibilidade aumenta a sobrevivência de roedores bípedes

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Um jerboa bípede, uma das espécies de roedores incluídas em um estudo de imprevisibilidade nos movimentos de animais. Foto: Haydee GutierrezUm jerboa bípede, uma das espécies de roedores incluídas em um estudo de imprevisibilidade nos movimentos de animais. Foto: Haydee GutierrezANN ARBOR — Às vezes vale a pena ser imprevisível. Um novo estudo mostra que quando os curiosos roedores do deserto, chamados jerboas, estão sendo perseguidos, eles rapidamente mudam de direção e velocidade de locomoção para escapar de predadores famintos e, provavelmente, dar a eles vantagem competitiva sobre seus vizinhos quadrúpedes.

"Nós desenvolvemos um método para medir a imprevisibilidade dos movimentos desses animais em 3-D e o usamos para estudar os movimentos de fuga, relacionados em diversas espécies de roedores no deserto," disse a bióloga evolucionista da Universidade de Michigan, Talia Moore. Ela trabalhou com uma equipe interdisciplinar de investigadores, incluindo biólogos da Universidade de Harvard e da Universidade da Califórnia, San Diego, e um engenheiro mecânico da U-M.

As conclusões da equipe, publicada dia 05 de setembro na Nature Communications, podem ajudar engenheiros criarem robôs biomiméticos que são adaptados para ambientes específicos. Os resultados também sugerem que o bipedalismo em roedores do deserto pode ter evoluído para limitar a concorrência entre as espécies e aumentar a diversidade animal.

Moore, pós-doutoranda do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva, descobriu que as manobras evasivas superiores dos jerboas são devidas a sua marcha diferenciada. Embora o bipedalismo tenha evoluído em diferentes tipos de roedores — incluindo ratos-cangurus e ratos saltitantes australianos — os jerboas são o único grupo observado que usam três diferentes padrões de saltos, ou marchas, ao se locomoverem com suas longas patas: pulando, desviando e correndo.

Enquanto observações anteriores sugeriram que os jerboas saltem em velocidades menores, ignorem as intermédias e correm em velocidades mais altas, a equipe de Moore não encontrou nenhuma diferença significativa entre a velocidade média de cada marcha.

Através de um conjunto de experimentos de laboratório, Moore e seus colaboradores mostraram que os jerboas se movem mudando o passo-a-passo na marcha, o que causa mudanças frequentes no comprimento dos passos, na direção e na velocidade. Suas manobras evasivas incluem explosões momentâneas de aceleração, saltando como os cangurus, ziguezagueando e fazendo alguns saltos acrobáticos.

Um jerboa bípede, uma das espécies de roedores incluídas em um estudo de imprevisibilidade nos movimentos de animais. Crédito da imagem: Talia Moore e Kim CooperUm jerboa bípede, uma das espécies de roedores incluídas em um estudo de imprevisibilidade nos movimentos de animais. Crédito da imagem: Talia Moore e Kim CooperMoore e sua equipe suspeitam que estes movimentos imprevisíveis ajudem os jerboas a frustrarem os esforços dos predadores aéreos para calcularem uma rota de interceptação. Como os pesquisadores queriam ver como esses animais se comportam em seu habitat natural, eles viajaram para o noroeste da China e criaram um novo conjunto de experimentos de campo para estudar se os quadrúpedes, como os gerbilos ou ratos-do-deserto e os jerboas bipedais escapam de predadores de diferentes maneiras.

A maioria das informações que é conhecida sobre locomoção animal veio de estudos de esteira, que envolvem movimentos em linha reta e uma velocidade quase constante durante longos períodos de tempo — locomoção previsível. Desde que jerboas podem saltar mais de meio metro (mais de 10 vezes a altura do seu quadril) e estão sempre mudando de direção, Moore e seus colaboradores tiveram que desenvolver uma forma de medir a imprevisibilidade em três dimensões.

Eles utilizaram uma métrica de aleatoriedade, chamada entropia, da teoria da informação, para medir a imprevisibilidade dos roedores, como jerboas e gerbilos, ao escaparem da predação simulada. É o primeiro método quantitativo para caracterizar a locomoção terrestre no espaço tridimensional.

"Descobrimos que os jerboas bípedes eram muito mais imprevisíveis do que os gerbilos quadrúpedes", disse Moore. "Esta imprevisibilidade surge do seu uso exclusivo da marcha e os dá uma vantagem na corrida evolutiva entre predadores e presas ".

Para testar se a imprevisibilidade do jerboa realmente estava ligada ao sucesso de maior evasão, os pesquisadores realizaram experimentos comportamentais que medem a tendência dos animais para buscar abrigo, que é chamado thigmotaxis.

Os métodos inventados neste estudo ajudam a levar a biomecânica quantitativa para fora dos laboratórios. Em vez de examinar os animais em ambientes artificiais, os levam para o campo, onde eles respondem às situações reais de vida ou morte. Os resultados mostram que compreender como a morfologia, a locomoção e o comportamento evoluem, pode ajudar os biólogos a entenderem a estrutura ecológica das comunidades animais.

Além disso, os resultados podem ter aplicações no campo da robótica. Grande parte do trabalho na locomoção dos robôs inclui movimentos suaves e previsíveis em ambientes de baixa variabilidade. Incorporar um movimento imprevisível e variável deve melhorar o desempenho dos robôs que imitam organismos vivos e trafegam pelo mesmo terreno.

"Este trabalho aponta para uma nova forma de construir um robô que pode ser útil para que naveguem em ambientes ou planetas desertos," disse Ram Vasudevan, professor assistente de Engenharia Mecânica da U-M e co-autor do estudo. "Nós queremos tentar construir robôs que são capazes de prosperar em todos os tipos de ambientes."

Ele relembrou que, uma vez, o robô americano Curiosity, da NASA, ficou preso no deserto marciano.

"O Curiosity cavou um buraco mais e mais profundo," disse Vasudevan. "E se eles tivessem avaliado como estes roedores viajam através do deserto? A evolução tem encontrado uma solução adequada inúmeras vezes. Até agora, nós ainda não tínhamos valorizado o quão útil um sistema é neste contexto."

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