iluminância

Biologia das Comunicações volume 6, Número do artigo: 585 (2023) Cite este artigo

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Investigamos experimentalmente o papel da iluminação na dinâmica coletiva de um grande cardume (cerca de 50 indivíduos) de Hemigrammus rhodostomus. A estrutura do grupo, definida por parâmetros de duas ordens, é quantificada alterando progressivamente o alcance visual dos peixes através de ciclos controlados de intensidade de luz ambiente. Mostramos que, em baixos níveis de luz, os indivíduos dentro do grupo são incapazes de formar um grupo coeso, enquanto em maior iluminância o grau de alinhamento da escola se correlaciona com a intensidade da luz. Ao aumentar a iluminância, a estrutura da escola é sucessivamente caracterizada por um estado polarizado seguido por uma configuração rotacional altamente regular e estável (moagem). Nosso estudo mostra que a visão é necessária para alcançar um movimento coletivo coeso para cardumes de peixes nadando livremente, enquanto a detecção da linha lateral de curto alcance é insuficiente nesta situação. O presente experimento, portanto, fornece novos insights sobre os mecanismos de interação que governam o surgimento e a intensidade do movimento coletivo em sistemas biológicos.

O comportamento coletivo durante a locomoção é um fenômeno fascinante observado em muitos sistemas vivos, variando de colônias bacterianas1,2 a multidões humanas3,4 e murmúrios de estorninhos5,6. Esses movimentos são caracterizados por movimentos sincronizados em grandes escalas de tempo e espaço7, emergindo de interações locais de curto alcance entre vizinhos mais próximos8.

Os peixes são um exemplo típico dessa auto-organização, com tendência natural a formar grupos ordenados, conhecidos como enxames ou cardumes9. Mais de 50% das espécies de peixes apresentam comportamento de cardume10, o que confere benefícios como proteção contra predadores11, melhor forrageamento12 e redução do custo de locomoção ao grupo13,14.

Do ponto de vista prático, a escolarização envolve, para cada indivíduo do grupo, um conhecimento tanto da posição no espaço quanto da cinemática dos vizinhos próximos15,16. Para obter essas informações, os peixes contam com a visão, detecção de distúrbios hidrodinâmicos e pistas quimio-olfatórias17,18. O papel de cada um desses sentidos não está claramente elucidado hoje19, mas é geralmente aceito que a visão e a percepção hidrodinâmica são os mais predominantes20,21.

Para detectar distúrbios hidrodinâmicos, os peixes usam seu sistema de linha lateral22. Essa habilidade tem sido sugerida como um fator na formação de cardumes de peixes23. É possível prejudicar o funcionamento da linha lateral dos peixes, resultando em comportamento de cardume modificado23,24,25. No entanto, esse tipo de procedimento invasivo pode alterar o comportamento dos peixes de maneira inesperada.

Outra forma de quantificar os principais mecanismos sensoriais para a interação natatória é avaliar o papel da visão. Por exemplo, o nível de luz ambiente pode modificar a resposta coletiva de cardumes de peixes em diferentes situações26,27. Recentemente, McKee et al.28 compararam o papel da linha lateral e da visão no cardume de peixes. Eles sugeriram, com base em experimentos com 5 peixes, que embora tanto a linha lateral quanto a visão estejam envolvidas na interação entre os indivíduos, a visão deveria ser suficiente para o cardume.

Estudos anteriores20,29 também abordaram o problema de visão com cardumes maiores (20 a 30 peixes) e mostraram que os peixes com coberturas oculares opacas eram capazes de manter o movimento coletivo, usando apenas o sistema de linha lateral. No entanto, nessas experiências, apenas um peixe foi cegado e colocado de volta em um cardume normal, o que limita as conclusões em termos de movimento coletivo.

Verificou-se que os peixes reduzem ou suprimem completamente o comportamento de escolarização abaixo de um certo limite de luz, que pode variar entre as espécies30,31. No entanto, esses experimentos foram conduzidos em 4 a 6 peixes e, portanto, não fornecem evidências de comportamentos específicos que podem ocorrer ao aumentar o número de indivíduos no cardume. Além disso, a questão foi abordada em termos de um limite abrupto entre um estado coesivo e não coesivo, sem considerar o efeito de um aumento no nível de luz em uma ampla faixa, uma vez que esses limites são excedidos.