Em 2005, um corredor de ultramaratona correu continuamente 560 quila´metros (350 milhas) em 80 horas, sem dormir ou parar. Essa distância era cerca de 324.000 vezes o comprimento do corpo do corredor. No entanto, esse feito extremo empalidece em comparação com as distâncias relativas que as moscas da fruta podem viajar em um aºnico va´o, de acordo com uma nova pesquisa da Caltech.

Os cientistas da Caltech descobriram agora que as moscas da fruta podem voar até15 quila´metros (cerca de 9 milhas) em uma única viagem - 6 milhões de vezes o comprimento do seu corpo, ou o equivalente a mais de 10.000 quila´metros para o ser humano manãdio. Em comparação com o comprimento do corpo, isso émais longe do que muitas espanãcies migrata³rias de pa¡ssaros podem voar em um dia. Para descobrir isso, a equipe conduziu experimentos em um lago seco no deserto de Mojave, na Califa³rnia, soltando moscas e atraindo-as para armadilhas contendo suco em fermentação para determinar suas velocidades máximas.

A pesquisa foi realizada no laboratório de Michael Dickinson , Esther M. e Abe M. Zarem Professor de Bioengenharia e Aerona¡utica e diretor executivo de biologia e engenharia biológica. Um artigo que descreve o estudo foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences em 20 de abril.

O trabalho foi motivado por um paradoxo de longa data que foi identificado na década de 1940 por Theodosius Dobzhansky e outros pioneiros da genanãtica de populações que estudaram espanãcies de Drosophila no sudoeste dos Estados Unidos. Dobzhansky e outros descobriram que as populações de moscas separadas por milhares de quila´metros pareciam muito mais geneticamente semelhantes do que poderia ser facilmente explicado por suas estimativas de quanto longe as minaºsculas moscas poderiam realmente viajar. Na verdade, quando os bia³logos soltavam moscas ao ar livre, os insetos muitas vezes simplesmente zumbiam em ca­rculos em curtas distâncias, como fazem em nossas cozinhas.

As moscas se comportavam de maneira diferente quando estavam na selva, em busca de alimento? Nas décadas de 1970 e 80, um grupo de geneticistas populacionais tentou resolver esse paradoxo revestindo centenas de milhares de moscas com pa³ fluorescente e liberando-as uma noite no Vale da Morte. Notavelmente, o grupo detectou algumas moscas fluorescentes em baldes de bananas podres a até15 quila´metros de distância no dia seguinte.

"Esses experimentos simples levantaram muitas questões", diz Dickinson. "Quanto tempo levaram para voar atéla¡? Foram apenas soprados pelo vento? Foi um acidente? Li esse jornal muitas vezes e o achei muito inspirador. Ninguanãm havia tentado repetir o experimento de uma forma que pudesse possibilitam medir se as moscas foram carregadas pelo vento, a velocidade com que voaram e o quanto longe podem realmente ir. "

Para medir como as moscas se dispersam e interagem com o vento, a equipe projetou experimentos de "liberação e recaptura". Liderada pela ex-estudiosa de pa³s-doutorado Kate Leitch, a equipe fez várias viagens ao Lago Coyote, um lago seco a 140 milhas de Caltech no Deserto de Mojave, com centenas de milhares da mosca-das-frutas comum de laboratório, Drosophila melanogaster , a reboque.

O objetivo era soltar as moscas, atraa­-las para armadilhas em locais definidos e medir quanto tempo os insetos levavam para voar atéla¡. Para fazer isso, a equipe montou 10 "armadilhas de odores" em um anel circular, cada uma localizada ao longo de um raio de um quila´metro ao redor do local de liberação. Cada armadilha continha um coquetel tentador de suco de maçã em fermentação e fermento de champanhe, uma combinação que produz dia³xido de carbono e etanol, que são irresista­veis para uma mosca da fruta. Cada uma das armadilhas tinha uma ca¢mera e eram construa­das com va¡lvulas unilaterais para que as moscas pudessem entrar na armadilha em direção ao coquetel, mas não voltar atrás. Além disso, os pesquisadores montaram uma estação meteorola³gica para medir a velocidade e a direção do vento no local de liberação ao longo de cada experimento; isso indicaria como o voo das moscas foi afetado pelo vento.

Para não interferir no desempenho de voo, a equipe não cobriu as moscas com identificadores como pa³ fluorescente. Então, como eles sabiam que estavam pegando suas próprias moscas-das-frutas? Antes do lana§amento, a equipe primeiro colocou as armadilhas e verificou-as ao longo do tempo, e descobriu que embora D. melanogaster seja encontrado em fazendas dentro do Mojave, elas são extremamente raras no Lago Coyote.

As moscas liberadas pela equipe foram coletadas originalmente em uma barraca de frutas e depois criadas em laboratório, mas não foram geneticamente modificadas de nenhuma forma. A equipe realizou os experimentos após receber licena§as do Bureau of Land Management.

Na hora do experimento, a equipe dirigiu os baldes de moscas para o centro do ca­rculo de armadilhas. Os baldes continham bastante açúcar, para que os insetos ficassem totalmente energizados para o voo; no entanto, eles não continham protea­nas, dando a s moscas um forte impulso para procurar alimentos ricos em protea­nas. A equipe estimou que as moscas não seriam capazes de cheirar as armadilhas do centro do ringue, obrigando-as a se dispersar e procurar.

Em um momento preciso, um membro da equipe no centro do ca­rculo abriu os baldes simultaneamente e rapidamente soltou as moscas.

“A pessoa que ficou no centro do ringue para abrir as tampas de todos os baldes testemunhou um espeta¡culo e tanto”, diz Leitch. "Foi lindo. Havia tantas moscas - tantas que vocêfoi dominado pelo zumbido do drone. Algumas delas pousavam em vocaª, muitas vezes rastejando em sua boca, orelhas e nariz."

A equipe repetiu esses experimentos em várias condições de vento.

Demorou cerca de 16 minutos para que as primeiras moscas da fruta percorressem um quila´metro para chegar a s armadilhas, correspondendo a uma velocidade de aproximadamente 1 metro por segundo. A equipe interpretou essa velocidade como um limite inferior (talvez essas primeiras moscas tenham zumbido em ca­rculos um pouco após o lana§amento ou não tenham voado em uma linha perfeitamente reta). Estudos anteriores de laboratório mostraram que uma mosca da fruta totalmente alimentada tem energia para voar continuamente por atétrês horas; extrapolando, a equipe concluiu que D. melanogaster pode voar cerca de 12 a 15 quila´metros em um aºnico voo, mesmo com uma brisa suave, e ira¡ mais longe se auxiliado por um vento de cauda. Essa distância éaproximadamente 6 milhões de vezes o comprimento manãdio do corpo de uma mosca da fruta (2,5 mila­metros ou um danãcimo de polegada). Como analogia, isso seria como o humano manãdio cobrindo pouco mais de 10.000 quila´metros em uma única viagem - aproximadamente a distância do Polo Norte ao equador.

"A capacidade de dispersão dessas pequenas moscas da fruta foi amplamente subestimada. Elas podem viajar tão longe ou mais longe do que a maioria das aves migrata³rias em um aºnico voo. Essas moscas são o organismo modelo de laboratório padra£o, mas quase nunca são estudadas fora do laboratório e então ta­nhamos pouca ideia de quais eram suas capacidades de voo ", diz Dickinson.

Em 2018, o laboratório Dickinson descobriu que as moscas da fruta usam o sol como um marcopara voar em linha reta em busca de alimento; voar sem rumo em ca­rculos pode ser mortal, portanto, háum benefa­cio evolutivo em ser capaz de navegar com eficiência. Depois de concluir os experimentos de liberação descritos neste estudo, a equipe propa´s um modelo que sugere que cada mosca escolhe uma direção aleatoriamente, usa o sol para voar direto nessa direção e regula cuidadosamente sua velocidade de avanço enquanto se permite ser soprada lateralmente o vento. Isso permite que ele cubra a maior distância possí­vel e aumenta a probabilidade de encontrar uma nuvem de odor de uma fonte de alimento. A equipe comparou seu modelo com os modelos tradicionais de dispersão aleata³ria de insetos e descobriu que seu modelo poderia explicar os resultados das liberações no deserto com mais precisão por causa das moscas.

Embora D. melanogaster tenha evolua­do em conjunto com os humanos , este trabalho mostra que o cérebro da mosca ainda contanãm ma³dulos comportamentais antigos. Dickinson explica: "Para qualquer animal, se vocêse encontrar no meio do nada e não houver comida, o que vocêfaz? Vocaª apenas pula e espera encontrar alguma fruta? Ou vocêdiz: 'Ok, estou vou escolher uma direção e ir o mais longe que puder nessa direção e esperar o melhor. ' Esses experimentos sugerem que éisso que as moscas fazem. "

A pesquisa tem implicações mais amplas para o campo da ecologia do movimento, que estuda como as populações se movem ao redor do mundo, essencialmente transferindo biomassa para outros animais comerem. Na verdade, durante seus primeiros experimentos de pré-lana§amento para verificar as populações locais de Drosophila , a equipe várias vezes pegou uma espanãcie invasora de mosca, a Drosophila de asa pintada ( Drosophila suzukii ), que causa danos agra­colas significativos em toda a costa oeste.

"Montamos essas armadilhas no meio do nada, não no Vale Central, onde haveria campos de alimentos, e ainda encontramos essas pragas agra­colas cruzando", disse Dickinson. "a‰ meio assustador ver o quanto longe essas espanãcies introduzidas podem viajar usando estratanãgias de navegação simples."

O artigo éintitulado "O comportamento de voo de longa distância da Drosophila suporta um modelo baseado em agente para dispersão em insetos assistida pelo vento." Além de Leitch e Dickinson, outros coautores são Francesca Ponce, William Dickson e o ex-bolsista de pa³s-doutorado do laboratório Dickinson, Floris van Breugel (PhD '14, agora da Universidade de Nevada, Reno). O financiamento foi fornecido pela Simons Foundation e pela National Science Foundation. Dickinson éum membro do corpo docente afiliado do Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience na Caltech.