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Como os mais ousados ​​conseguiram listras: expandir uma teoria da seleção sexual explica os padrões dos animais
Seu trabalho mostra, pela primeira vez, uma forte correlação entre os padrões complicados nos peixes machos e os ambientes altamente variáveis ​​dos peixes. Os resultados foram publicados hoje na Nature Communications
Por University of Maryland Baltimore County - 22/05/2020


Samuel Hulse (à direita), da UMBC, e Julien Renoult, do Centro Nacional de Pesquisa Científica, coletam peixes mais escuros em um riacho de água doce. A complexa análise de Fourier que eles concluíram com base em fotos dos peixes e seus habitats apoiou e expandiu bastante a teoria da pulsão sensorial, uma teoria da seleção sexual que enfatiza o papel do ambiente na determinação de quais sinais sexuais são selecionados. O novo trabalho, publicado na Nature Communications , mostra pela primeira vez que a teoria é verdadeira para padrões visuais complexos, não apenas para sinais simples como cores. Crédito: Cortesia de Tamra Mendelson

Samuel Hulse, Ph.D. candidato na UMBC, passou muito tempo em pernaltas nos últimos dois anos. Ele viajou de córrego em córrego no leste dos EUA, coletando cuidadosamente espécimes vivos de pequenos peixes coloridos de água doce, conhecidos como darters, e tirando fotos de seus habitats. Depois, ele os trouxe de volta ao laboratório para capturar imagens de alta qualidade de seus padrões de cores.

Hulse desenvolveu uma análise quantitativa precisa desses padrões visuais, como listras, manchas e vários looks com manchas. Seu trabalho mostra, pela primeira vez, uma forte correlação entre os padrões complicados nos peixes machos e os ambientes altamente variáveis ​​dos peixes. Os resultados foram publicados hoje na Nature Communications .

Esses achados representam uma grande expansão de uma teoria na seleção sexual conhecida como "impulso sensorial", que enfatiza como o ambiente de um animal pode influenciar quais sinais sexuais - como padrões visuais - são selecionados ao longo do tempo.

Impulsionando o progresso

Até agora, o impulso sensorial explicou com sucesso exemplos como coloração em ciclídeos, um grupo de peixes de água doce na África. Hulse estava trabalhando para expandir essa pesquisa.

Diferentes espécies de ciclídeos vivem em diferentes profundidades, e quais cores os peixes podem ver facilmente alterações conforme você se aprofunda e há menos luz. Por que isso importa? A ideia do impulso sensorial é que os animais percebem os sinais visuais, como as cores, como mais atraentes quando são mais fáceis para o cérebro processar. E quais sinais são mais fáceis de processar depende do ambiente. Quando os peixes machos são vistos como mais atraentes, é mais provável que eles se reproduzam e suas cores sejam mais passadas para a próxima geração de peixes. Portanto, se a teoria da pulsão sensorial for verdadeira, eventualmente, a maioria dos peixes machos terá cores fáceis de serem percebidas pelos parceiros em seu ambiente particular.

"Não há muita teoria na seleção sexual que possa ser usada para explicar por que você vê um padrão evoluir em um animal, onde você vê outro evoluir em uma espécie intimamente relacionada" 

Hulse

Nos peixes ciclídeos, "você vê essa mudança dependente da profundidade nas cores masculinas à medida que se aprofunda", diz Hulse. Com o novo trabalho, "fomos capazes de expandir essa teoria para explicar características mais complicadas, como padrões visuais", como listras e manchas.

Usando a matemática para entender a biologia

Hulse, que também está cursando um mestrado em matemática na UMBC, trouxe suas habilidades quantitativas para essa pesquisa. Ele usou uma medida chamada análise de Fourier para examinar suas imagens de peixes, observando variações no contraste de cores.

Por exemplo, se você visse uma foto de uma colina gramada sob um céu azul brilhante, o maior contraste de brilho seria entre as grandes áreas acima e abaixo da linha do horizonte. Esse contraste é em uma escala maior do que as diferenças de brilho entre, digamos, minúsculas folhas de grama. As diferenças entre cada lâmina são pequenas, mas ocorrem com frequência na imagem.

A análise de Fourier pode traduzir os padrões de contraste em uma imagem em um conjunto representativo de ondas matemáticas de seno e cosseno. As ondas de baixa frequência, que apenas sobem e desce uma ou duas vezes em toda a imagem, representam diferenças em grande escala, como acima e abaixo do horizonte. As ondas de alta frequência sobem e descem muitas vezes através de uma imagem e representam diferenças em pequena escala, como entre folhas de grama.

Os pesquisadores podem observar as relações entre essas ondas - quanto contraste de alta frequência versus baixa frequência existe na imagem. O trabalho de Hulse analisou essa medida para examinar a relação visual entre um habitat e os peixes que nele viviam. E, com certeza, seus cálculos revelaram uma forte correlação, fornecendo evidências de impulso sensorial em homens que praticam sexo.

Samuel Hulse, da UMBC, tira uma foto do habitat mais escuro. Ele usou a análise de Fourier para comparar os padrões visuais em peixes e em seus habitats, e houve uma forte correlação entre os dois. O trabalho apóia e expande a teoria da pulsão sensorial, que enfatiza o papel que o ambiente desempenha em que sinais sexuais são selecionados para o decorrer do tempo. Anteriormente, a teoria da pulsão sensorial olhava apenas para sinais simples, como cores, mas Hulse e colegas a expandiram para abordar padrões muito mais complexos. Crédito: Cortesia Tamra Mendelson

Passando pela "terminologia ilusória"

Um argumento contra a ideia de que esses padrões são atraentes para as mulheres é a ideia de camuflagem. Não faria sentido que os animais correspondessem aos padrões visuais de seu ambiente para evitar serem comidos ao invés de atrair fêmeas? Os Darters estão sob forte pressão de predação, então, diz Hulse, é um ponto válido.

No entanto, o fato de ele ter descoberto que apenas os peixes machos combinam com o ambiente é um forte argumento a favor do impulso sensorial. Os predadores não discriminam entre machos e fêmeas; portanto, seria de esperar que as fêmeas também correspondessem ao ambiente se a camuflagem fosse o motivo.

"A descrição quantitativa de padrões visuais é um grande desafio, e não há uma maneira fácil de fazer isso; portanto, poder usar ferramentas como a análise de Fourier é maravilhoso", diz Hulse. "Isso, na verdade, permite quantificar algumas dessas coisas que historicamente têm sido muito difíceis de descrever, exceto com terminologia insolente".

No momento ideal

Tamra Mendelson, professora de ciências biológicas, é conselheira de Hulse e coautora do novo artigo. Ela havia começado a formular as ideias para esta pesquisa com o ecologista visual Julien Renoult, colega do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) em Montpellier, França, e outro co-autor, quando Hulse entrou no laboratório em 2016.

"Julien me inspirou a pegar conceitos de um campo chamado estética empírica humana, que é a base matemática e biológica da apreciação humana da arte, e aplicá-los à apreciação dos animais por outros animais", diz Mendelson. "Fiquei super empolgado com isso, mas não tinha as habilidades matemáticas para realmente levar o máximo possível."

Então, quando Hulse chegou, "Foi uma combinação perfeita. Sam é o aluno ideal para fazer esse projeto".

Hulse também passou vários meses na França trabalhando com Renoult para resolver alguns dos desafios estatísticos do trabalho - que eram muitos. "A análise dos dados se tornou muito mais complicada do que pensávamos, e houve muitas dificuldades técnicas", diz Hulse. "Então foi realmente muito bom poder trabalhar diretamente com Julien, que tem muita experiência com esse tipo de método".

Reunindo tudo isso

Hulse foi atraído para este trabalho pela combinação única de habilidades necessárias. "Adoro a natureza interdisciplinar. Estamos reunindo biologia de campo, biologia sensorial, um pouco de neurobiologia e análise de imagem", diz ele. "Essa é uma das coisas mais atraentes para esse projeto para mim - o quanto aprendo e o quanto retiro pequenos pedaços de tantas áreas diferentes".

Agora, Hulse, Mendelson e Renoult estão animados para ver aonde seu novo trabalho leva. "Não há muita teoria na seleção sexual que possa ser usada para explicar por que você vê um padrão evoluir em um animal, onde você vê outro evoluir em uma espécie intimamente relacionada", diz Hulse.

As novas descobertas abrem as portas para muito mais explorações com diferentes espécies, incluindo animais que vivem em terra. Em qualquer grupo de animais que depende da visão, possui ambientes visualmente distintos e onde os animais têm preferências distintas de habitat, argumenta Hulse, "essa teoria deve ser mantida".

 

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