Bioquímica

Cérebros pequenos, façanhas incríveis

Um zangão voa para inspecionar uma flor, procurando néctar. Ele zumbe um pouco e percebe que há algo diferente: ele pode ver a flor, mas não pode alcançá-la.

Isso é porque a “flor” – na verdade um disco de plástico azul com água e açúcar no centro – está localizada abaixo de uma folha de plástico transparente. Felizmente para a abelha, há uma corda unida à flor. Tudo o que tem a fazer é puxar a corda, arrastar a flor, e saborear a sua recompensa. E assim o zangão faz.

Mas há mais. Uma vez que uma abelha descobriu o que precisava ser feito para acessar a flor artificial, outras abelhas que estavam olhando aprendeu o truque de puxar a corda. A técnica ainda ultrapassou a abelha bem sucedida original. Tornou-se parte da habilidade da colônia, transmitida de abelha para abelha após a morte da abelha que descobriu que puxar a corda funcionaria.

Por meio desse tipo de experimento, a equipe de Lars Chittka da Queen Mary University, em Londres – UK, mostram que as abelhas podem resolver problemas, aprender uns com os outros e transmitir esse conhecimento através de gerações.

No entanto, aprender a puxar uma corda é apenas uma das coisas que sabemos que as abelhas podem fazer. A incrível capacidade de aprendizagem entre as abelhas e outros insetos sociais tem sido documentada desde os tempos vitorianos. O próprio Charles Darwin sugeriu que a aprendizagem poderia acontecer entre espécies. Ele observou que as abelhas podem aprender ao assistir zangões extrair néctar de uma maneira nova.

As abelhas também podem aprender a reconhecer cores e padrões. Eles podem encontrar o caminho de volta para casa a vários quilômetros de distância, reconhecer rostos humanos ou até mesmo contar.

Muitas pessoas podem assumir que o comportamento sofisticado começa com um grande cérebro. Afinal, os seres humanos têm cérebros grandes – contendo cerca de 86 bilhões de neurônios – e também somos uma espécie surpreendentemente inteligente. As duas características provavelmente estão ligadas. Mas quanto mais cientistas aprendem sobre o comportamento de insetos e outros pequenos animais, mais claro fica que habilidades complicadas não necessariamente requerem um grande cérebro.

Libélulas voam através do ar, capturando mosquitos, mariposas, borboletas e até mesmo outras libélulas. É uma tarefa mais difícil do que as aparências podem sugerir. Cada espécie de presa diferente tem um padrão de voo único. A libélula tem que ver como sua presa está voando, prever sua trajetória provável e, em seguida, mover para tentar interceptá-lo durante o voo. Isso requer flexibilidade comportamental e planejamento.

Enquanto isso, as abelhas voam até 10 km de distância de sua colmeia, através de uma paisagem cheia de árvores e outros marcos. Eles têm que encontrar as melhores flores com o maior rendimento de néctar e lembrar-se de suas localizações. Eles também têm que evitar predadores e voltar para casa novamente, onde então se comunicam com outras abelhas em complexas interações sociais.

Essas criaturas têm mundos complexos, e precisam da capacidade cognitiva para sobreviver neles. Mesmo um verme nematoide simples, um animal de menos de 1 mm de comprimento e com apenas 302 neurônios em todo o seu sistema nervoso, é capaz de aprendizagem básica e memória. Os nematoides recém-eclodidos que encontram bactérias Escherichia coli que emitem toxinas, lembra-se de evitar os micróbios durante o resto de sua vida útil de quatro dias.

Os pesquisadores até mesmo trabalharam exatamente quais neurônios individuais são responsáveis pela formação desta memória e como recuperá-la mais tarde. Se tais cérebros minúsculos são capazes de realizar estas tarefas cognitivas, como exatamente o fazem? Para entender isso, precisamos descer ao nível dos neurônios individuais e dos circuitos que formam.

Os neurônios atuam um pouco como fios, carregando sinais elétricos de uma parte do cérebro para outra. Eles são uma versão biológica da placa de circuito em um computador. Estudar este circuito é a chave para a compreensão da cognição, e é mais fácil de fazer em pequenos cérebros com centenas ou milhares de neurônios do que em grandes cérebros com bilhões. Cérebros minúsculos precisam trabalhar a potência computacional máxima em um espaço pequeno, assim evoluíram soluções de fiações mínimas.

Vivek Jayaraman, do Janelia Research Campus, em Ashburn, Virginia – EUA, estuda moscas de frutas. Com 250.000 neurônios, os cérebros da drosófila são aproximadamente um quarto do tamanho do de uma abelha. Ele quer entender os mecanismos subjacentes ao comportamento. Como o cérebro faz a cognição? Para isso, ele precisa ver o que os neurônios estão fazendo enquanto o comportamento se desenvolve. Ele utiliza poderosas ferramentas de pesquisa que permitem que se ligue ou desligue seletivamente diferentes partes do cérebro e observe como os neurônios se ativam em tempo real.

Por exemplo, uma medida de cognição é ser capaz de manter o controle de onde você está no espaço – uma representação interna do mundo ao seu redor. Ter uma representação interna significa que se as luzes de repente se apagarem na sala que você está dentro, você ainda sabe qual direção você está tomando, onde é a porta, e como chegar à cozinha onde você tem uma lanterna na gaveta. Você é capaz de manter a consciência de sua posição corporal em relação aos objetos na sala e como se movimentar dentro desse espaço. Pense nisso como o olho da sua mente.

Em 2015, Vivek e seus colegas mostraram que as moscas da fruta têm um tipo similar de olho da mente. Eles usaram uma técnica que lhes permite ver os neurônios individuais da mosca ligarem e desligarem em tempo real enquanto o inseto navega através de um mundo de realidade virtual. A mosca da fruta anda em uma esteira minúscula – é uma esfera que gira enquanto a mosca anda para a frente, ou move-se em outra direção. Ao mesmo tempo, uma tela rodeia o tapete rolante, como uma versão de um filme IMAX de uma mosca, sobre o qual os pesquisadores projetam luzes. À medida que a mosca se locomove as luzes da tela se movem em resposta, como se a mosca estivesse se movendo no mundo real. Então, se a mosca gira para a esquerda, seu mundo correspondente na tela move para a direita.

Os pesquisadores são capazes de ver como diferentes partes do cérebro da mosca tornam-se ativos conforme a mosca navega neste mundo. Em seguida, desligam as luzes. Assim como nos seres humanos, o cérebro da mosca continua a responder como se as luzes estivessem acesas mesmo depois de serem desligadas, mantendo uma representação interna de seu entorno.

O próximo passo é descobrir se essa representação interna é flexível. Se o seu companheiro de quarto lhe diz que ele moveu a lanterna da cozinha para o quarto, sua representação interna deve mudar para acomodar esta nova informação. Podem as moscas da fruta fazer algo similar mesmo com seus cérebros minúsculos?

Há uma percepção geral, pelo fato de possuirmos grandes cérebros, de que para fazer coisas inteligentes você precisa ter cérebros muito grandes. Mas isso não é realmente o caso. Por exemplo, a capacidade de reconhecer rostos, que antes era considerada uma habilidade exclusivamente humana, acaba por exigir um circuito neural relativamente simples – o que provavelmente explica como as abelhas podem realizar a tarefa.

Mas se com apenas algumas centenas ou milhares de neurônios você pode facilmente reconhecer talvez uma centena de rostos, por que ter um cérebro maior? Uma razão pela qual os grandes animais têm cérebros maiores pode ser simplesmente que os sinais elétricos têm de percorrer distâncias mais longas. Para o sinal viajar a uma velocidade razoável, você precisa de neurônios maiores, que podem transportar sinais mais rápido do que pequenos neurônios. Assim, uma baleia tem um grande cérebro com grandes neurônios porque um sinal tem um longo caminho para viajar de uma extremidade do seu corpo para o outra. Ou talvez não seja todo o cérebro que precisa ser maior, mas apenas uma parte dele. Por exemplo os animais que têm grandes áreas domésticas, ou armazenam comida em milhares de lugares, como um quebra-nozes de Clark, que tendem a ter um hipocampo (a parte do cérebro envolvida na memória) relativamente grande, assim, eles podem lembrar mais coisas do que abelhas.

Nesse caso o aumento na capacidade pode ser apenas um aumento de tamanho de armazenamento – assim como você pode ter um computador com um disco rígido maior, mas não necessariamente um processador melhor. Cérebros maiores podem repetir os mesmos circuitos repetidamente, dando-lhe mais do mesmo comportamento – maior capacidade de armazenamento, maior acuidade, mais detalhes, precisão e resolução mais fina de respostas – mas não necessariamente novos cálculos ou camadas de complexidade. Às vezes, cérebros maiores certamente significam mais complexidade, mas não é necessariamente o caso.

A mensagem do trabalho desses pesquisadores é realmente direta: se você quer aprender como algo complexo funciona, comece estudando algo simples. Neste caso, “simples” é um termo relativo, porque os neurônios e suas conexões são tudo menos simples. Mas pelo menos numericamente, há menos neurônios no cérebro da mosca da fruta ou da abelha, é compacto, pode-se ver um monte deles ao mesmo tempo e tem-se as ferramentas para manipulá-los e mexer com as diferentes partes. Devido a isso, ele é capaz de abordar questões mecanicistas que ainda não podem ser respondidas em cérebros maiores.

Fonte principal:  BBC Earth em How insects like bumblebees do so much with tiny brains

 

 

 

Para saber mais sobre as abelhas e seu comportamento:

O vídeo abaixo mostra o trabalho de pesquisadores da USP de Ribeirão Preto que buscam entender como a estrutura social e o comportamento de abelhas estão codificados no DNA. Eles explicam o sistema de castas das colmeias, determinado pela alimentação e por uma complexa regulação genética.

 

 

Recomendo também o livro A vida das abelhas, de Maurice Maeterlinck.

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O destino do homem e a natureza eram as matérias-primas do autor. Seus estudos sobre as flores, as abelhas, as formigas e as térmitas são trabalhos de extrema sabedoria e beleza. Nesta obra, o autor une a divulgação científica à metáfora sobre a sociedade humana, revelando ao leitor os segredos mais encantadores da natureza, mostrando o equilíbrio sábio entre os mundos em que a presença da inteligência é questionável e que, no entanto, a organização e ética parecem bastante superiores aos da vida a qual chamamos inteligente.

 

 

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