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2. Evidencias de Comportamento Dr. Daniel Acosta Avalos. “Orientação magnética nos seres vivos” Escola do CBPF 2010. Beija-flores. Gnus. Orientação espacial dos seres vivos. Quais os mecanismos de orientação que os seres vivos usam para se deslocar?
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2. Evidencias de ComportamentoDr. Daniel Acosta Avalos “Orientação magnética nos seres vivos” Escola do CBPF 2010
Orientação espacial dos seres vivos • Quais os mecanismos de orientação que os seres vivos usam para se deslocar? • Etologia = estudo do comportamento animal • Atualmente, a etologia é uma área de estudo multidisciplinar, porque envolve conhecimentos sobre a biologia animal e a física e química dos estimulos ambientais que modificam o seu comportamento
Orientação espacial dos seres vivos • Dois tipos de comportamento animal: migração e “homing” ou retorno ao ninho. • Em qualquer dos dois, mecanismos de orientação complexos são usados para poder atingir o ponto final na jornada de viagem. • Sentidos usados: visão, olfato, audição • Sentidos extras: deteção de campos elétricos, campos magnéticos, campo gravitacional
Orientação espacial dos seres vivos Principais referências de orientação: • Posição do Sol no cêu • Polarização da luz solar no cêu • Direção do campo geomagnético
Orientação espacial dos seres vivos Posição do Sol no cêu
Orientação espacial dos seres vivos Polarização da luz: propriedade vetorial do campo eletromagnético. Ela muda quando a luz atravessa diferentes meios inomogeneos, como é o caso da atmósfera terrestre.
Orientação espacial dos seres vivos • Varias espécies de animais tem um comportamento migratório. • Um animal, na tarefa de procurar alimento ou de volta para casa sempre tem que ter uma forma de se orientar no ambiente para saber qual caminho deve seguir na volta.
Orientação espacial dos seres vivos Cataglyphis fortis: formiga que mora no deserto. Exemplo de volta ao ninho de uma formiga escoteira.
Orientação espacial dos seres vivos • Para fazer um estudo de orientação, vários indivíduos de uma espécie animal são pesquisados, medindo-se o angulo que eles tomam durante o inicio da jornada, todo com respeito a um eixo de referencia que geralmente é o eixo Norte-Sul.
Orientação espacial dos seres vivos • A estatística utilizada para analisar ângulos é conhecida como Estatística Circular. • Porque usar uma estatística diferente?? • Porque um ângulo corresponde com uma variável intervalar, cuja característica é que não tem um zero bem definido.
0, 2p, 4p, 6p, ...... Orientação espacial dos seres vivos
Angulo médio!!! Orientação espacial dos seres vivos Por exemplo: sejam os ângulos 10o, 15o, 350o e 345o. Se se calcula o valor médio com a estatística linear teremos como ângulo médio 180o!!!
Orientação espacial dos seres vivos • Para resolver este problema, observamos que cada ângulo pode representar a posição de um vetor sobre um circulo unitário. Então, como cada vetor tem duas projeções sobre os eixos coordenados no plano, terá que ser feita a estatística com os valores em cada eixo, onde existe um zero real.
y q x x = cos( q ) y = sen( q ) Orientação espacial dos seres vivos
Orientação espacial dos seres vivos • Um conjunto de ângulos {q1, q2, q3, q4,........qN} corresponde com os seguintes conjuntos: {cos(q1), cos(q2), cos(q3),........., cos(qN)} {sen(q1), sen(q2), sen(q3),........., sen(qN)}
Orientação espacial dos seres vivos • Para calcular o ângulo médio do anterior conjunto de ângulos, precisamos calcular as coordenadas x e y correspondentes com este ângulo médio.
Orientação espacial dos seres vivos • As coordenadas x e y são:
Orientação espacial dos seres vivos • Com estas coordenadas calculamos o comprimento do vetor médio, representado por r :
Orientação espacial dos seres vivos • O ângulo médio qm é calculado com a seguinte relação:
Orientação espacial dos seres vivos • qm é o ângulo que queríamos calcular. Qual é o significado do parâmetro r ? • r é uma medida da concentração dos ângulos em volta de qm. Desta forma, podemos pensar em 1 – r como uma medida de dispersão dos ângulos. Um valor r = 0 significa que os dados estão uniformemente distribuídos em volta da circunferência unitária. Valores próximos de 1 significam uma maior concentração em volta do ângulo médio.
Orientação espacial dos seres vivos • Definimos a variância angular como: E o desvio padrão circular, em graus, como:
Orientação espacial dos seres vivos • O que acontece se a orientação não for numa direção fixa, mas ao longo de um eixo (orientação axial)? • Neste caso a analise é feita com duas vezes cada ângulo: • q 2q se o ângulo resultante for menor que 360o fica o valor de q, se for maior que 360o ao resultado é subtraído 360o. O ângulo médio calculado será duas vezes o ângulo do eixo procurado.
Orientação espacial dos seres vivos • Como sabemos que o ângulo médio calculado tem significância estatística? • Para isto é feito o teste de Rayleigh: Hipótese nula: distribuição uniforme entre 0 e 2pcom r = 0. Nível de significância geral de 5%
Uso do campo geomagnético como fonte de orientação espacial • Como já foi dito ao discutirmos o campo geomagnético, as linhas do campo com igual intensidade, igual declinação ou igual inclinação servem como referencia de orientação em longas distancias. Porem, também podem servir como fonte de orientação local.
Uso do campo geomagnético como fonte de orientação espacial • Os experimentos de orientação têm mostrado dois tipos de mecanismos: • O compasso magnético de polaridade: funciona como uma bússola, permitindo detectar a componente horizontal do campo geomagnético que aponta no sentido do Norte geográfico porem descompensado pelo ângulo de declinação. • O compasso magnético de inclinação: neste casso o que é detectado é a inclinação geomagnética, ou seja, o ângulo entre o vetor do campo geomagnético e a vertical. O ângulo de H com a horizontal: o menor sempre aponta no sentido do equador geográfico e o maior sempre aponto no sentido do pólo.
Pássaros Pombos correio O naturalista russo Aleksandr Middendorf propõe, em 1850, o uso do campo geomagnético para explicar o comportamento dos pombos
Pássaros Em 1976 é feito um experimento se medindo o ritmo cardíaco na presença de estímulos magnéticos e comparados com o ritmo cardíaco na presença de estímulos luminosos. O resultado foi nulo, concluindo-se que a detecção de campos magnéticos em aves devia ser mais complicada do que uma detecção por intensidades.
Pássaros • Correlação entre a precisão da orientação de pombos e o distúrbio magnético local provocado por anomalias no sitio do pombal localizado em Lincoln, Massachusetts, USA.
Pássaros • Erros de orientação cometidos por pombos liberados em diferentes sítios, longe do pombal situado no centro da figura. O pombal se encontrava em Ithaca, NY, USA. • Os ângulos em preto significam erros no sentido horário e os brancos no anti-horário. • As linhas vermelhas representam linhas de igual intensidade geomagnética, e a linha azul representa o gradiente do campo geomagnético.
Pássaros • O caso dos pássaros migratorios
Pássaros • Uso de um compasso de inclinação: Não distingue Norte ou Sul. Ele distingue o sentido do Equador e o sentido do Pólo. Num pássaro migratório isto é importante para saber para onde se encontram as regiões mais quentes ou frias numa mudança de estação.
Pássaros • Vários experimentos de campo com pássaros migratórios têm mostrado que o compasso de inclinação depende da detecção de luz de diferentes comprimentos de onda.
Listagem das espécies de pássaros migratórios que têm sido estudadas mostrando a capacidade de usar a informação do campo geomagnético durante o processo migratório.
Pássaros Nature, 3 outubro 2002
Pássaros A: binocular, B: olho esquerdo, C: olho direito D: olho direito com a inclinação do campo magnético para cima
Pássaros • Albatroses são capazes de voar entre dois pontos distantes a 1300 km com imãs fixos na cabeça. Isto implica que o mecanismo de detecção magnético não deve estar relacionado com material magnético ou que ele não esta na cabeça.
Peixes • O caso dos tubarões
Tubarões Peixes
