Em busca de comida, uma mosca pode viajar seis milhões de vezes o comprimento do seu corpo

Os cientistas da Caltech descobriram agora que as moscas da fruta podem voar até 15 quilômetros (cerca de 9 milhas) em uma única viagem, 6 milhões de vezes o comprimento de seu corpo, ou o equivalente a mais de 10.000 quilômetros para os humanos. Comparado ao comprimento do corpo, isso é mais do que muitas espécies de aves migratórias podem voar em um dia. Para descobrir isso, a equipe conduziu experimentos no leito de um lago seco no deserto de Mojave, na Califórnia, soltando moscas e atraindo-as para armadilhas contendo suco fermentado para determinar suas velocidades máximas.

A pesquisa foi realizada no laboratório de Michael Dickinson, Esther M. e Abe M. Zarem Professor de Bioengenharia e Aeronáutica e Diretor Executivo de Biologia e Engenharia Biológica. Um artigo descrevendo o estudo aparece na revista. procedimentos da Academia Nacional de Ciências 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 genética de populações que estudaram espécies de Drosophila no sudoeste dos Estados Unidos. Dobzhansky e outros descobriram que as populações de moscas a milhares de quilômetros de distância pareciam muito mais semelhantes geneticamente do que poderia ser facilmente explicado por suas estimativas de quão longe as minúsculas moscas poderiam realmente viajar. Na verdade, quando os biólogos soltavam moscas ao ar livre, os insetos muitas vezes zumbiam em círculos por curtas distâncias, como fazem em nossas cozinhas.

As moscas se comportavam de maneira diferente quando estavam na selva, procurando comida? Nas décadas de 1970 e 1980, um grupo de geneticistas populacionais tentou resolver esse paradoxo cobrindo centenas de milhares de moscas com poeira fluorescente e liberando-as uma noite no Vale da Morte. Surpreendentemente, o grupo detectou algumas moscas fluorescentes em baldes de banana podre a até 15 quilômetros de distância no dia seguinte.

“Esses experimentos simples levantaram muitas questões”, diz Dickinson. “Quanto tempo levaram para voar até lá? Foram simplesmente levados pelo vento? Foi um acidente? Li esse documento muitas vezes e o achei muito inspirador. Ninguém jamais havia tentado repetir o experimento de alguma forma que permite medir se as moscas foram carregadas pelo vento, a velocidade com que voaram e até onde 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-colega de pós-doutorado Kate Leitch, a equipe fez várias viagens ao Lago Coyote, um leito de lago seco a 140 milhas de Caltech no Deserto de Mojave, com centenas de milhares de moscas-das-frutas de laboratório, Drosophila melanogaster, para as encostas.

O objetivo era libertar as moscas, atraí-las para armadilhas em locais estabelecidos e medir quanto tempo os insetos demoravam para voar até lá. Para fazer isso, a equipe instalou 10 “armadilhas de cheiro” em um anel circular, cada uma localizada ao longo de um raio de um quilômetro ao redor do local de liberação. Cada armadilha continha um coquetel de fermentação tentador de suco de maçã e fermento de champanhe, uma combinação que produz dióxido de carbono e etanol, que são irresistíveis para uma mosca da fruta. As armadilhas também tinham uma câmara e foram construídas com válvulas unilaterais para que as moscas pudessem entrar na armadilha em direção ao coquetel, mas não recuar. Além disso, os pesquisadores instalaram uma estação meteorológica para medir a velocidade e a direção do vento no local de liberação ao longo de cada experimento; isso indicaria como o vento afetou o vôo das moscas.

Para não interferir no desempenho de vôo, a equipe não cobriu as moscas com identificadores como pó fluorescente. Então, como eles sabiam que estavam pegando suas próprias moscas-das-frutas? Antes do lançamento, a equipe primeiro colocou as armadilhas e as revisou ao longo do tempo, descobrindo que embora D. melanogaster seja encontrado em fazendas de tâmaras 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 conduziu os experimentos após receber licenças do Bureau of Land Management.

No momento do experimento, a equipe conduziu os baldes de moscas para o centro do círculo da armadilha. Os cubos continham muito açúcar, de forma que os insetos estavam totalmente energizados para o vôo; no entanto, eles não continham proteínas, dando às moscas um forte impulso para procurar alimentos ricos em proteínas. A equipe estimou que as moscas não conseguiram cheirar as armadilhas do centro do ringue, forçando-as a se dispersar e procurar.

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

“A pessoa que ficou no centro do ringue para abrir as tampas de todos os baldes presenciou um espetáculo e tanto”, diz Leitch. “Foi lindo. Havia tantas moscas, tantas que você foi dominado pelo zumbido. Algumas pousaram em você, muitas vezes rastejando por sua boca, orelhas e nariz.”

A equipe repetiu esses experimentos sob várias condições de vento.

As primeiras moscas da fruta demoravam cerca de 16 minutos para percorrer um quilômetro para chegar às armadilhas, o que corresponde a uma velocidade de cerca de 1 metro por segundo. A equipe interpretou essa velocidade como um limite inferior (talvez essas primeiras moscas tenham zumbido em círculos um pouco após o lançamento ou não estivessem voando em uma linha perfeitamente reta). Estudos de laboratório anteriores mostraram que uma mosca da fruta totalmente alimentada tem energia para voar continuamente por até três horas; Ao extrapolar, a equipe concluiu que D. melanogaster pode voar cerca de 12 a 15 quilômetros em um único vôo, mesmo com uma brisa leve, e irá mais longe se auxiliado pelo vento de cauda. Essa distância é cerca de 6 milhões de vezes o comprimento médio do corpo de uma mosca da fruta (2,5 milímetros ou um décimo de polegada). Como uma analogia, isso seria como um humano médio cobrindo pouco mais de 10.000 quilômetros em uma única viagem, aproximadamente a distância do Pólo Norte ao equador.

“A capacidade de dispersão dessas pequenas moscas-das-frutas foi muito subestimada. Elas podem viajar mais ou mais longe do que a maioria das aves migratórias em um único voo. Essas moscas são o organismo modelo de laboratório padrão, mas quase nunca são. Elas estudam fora do laboratório e portanto, não tínhamos ideia de quais eram suas capacidades de voo “, disse Dickinson.

Em 2018, o laboratório de Dickinson descobriu que as moscas da fruta usam o sol como ponto de referência para voar em linha reta em busca de alimento; Voar sem rumo em círculos pode ser mortal, portanto, há um benefício evolutivo em ser capaz de navegar com eficiência. Depois de concluir os experimentos de liberação descritos neste estudo, a equipe propôs um modelo que sugere que cada mosca escolhe uma direção aleatória, usa o sol para voar diretamente nessa direção e regula cuidadosamente sua velocidade de avanço enquanto se permite voar de lado. vento. Isso permite que você cubra a maior distância possível e aumenta a probabilidade de encontrar uma coluna de cheiro de uma fonte de alimento. A equipe comparou seu modelo com os modelos tradicionais de dispersão aleatória de insetos e descobriu que seu modelo poderia explicar os resultados das liberações no deserto com mais precisão devido à propensão das moscas de manter uma direção constante depois de liberadas.

Embora D. melanogaster tenha evoluído em conjunto com os humanos, este trabalho mostra que o cérebro da mosca ainda contém módulos comportamentais antigos. Dickinson explica: “Para qualquer animal, se você se encontrar no meio do nada e não houver comida, o que você faz? Você simplesmente entra e espera encontrar alguma fruta? Ou você diz: ‘Tudo bem, eu? vá o mais longe que puder nessa direção e espere pelo melhor. ” Esses experimentos sugerem que é isso 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 mudando a biomassa para outros animais comerem. Na verdade, durante seus primeiros experimentos de pré-lançamento para procurar populações locais de Drosophila, a equipe pegou repetidamente uma espécie invasora de mosca, a Drosophila de asas pintadas (Drosophila suzukii), que causa danos agrícolas significativos na costa oeste.

“Colocamos essas armadilhas no meio do nada, não no Vale Central, onde haveria campos de alimentos, e ainda encontramos essas pragas agrícolas se cruzando”, diz Dickinson. “É um pouco assustador ver o quão longe essas espécies introduzidas podem viajar usando estratégias de navegação simples.”