As táticas de navegação visual das moscas da fruta diferem conforme o ambiente

A descoberta pode expandir a pesquisa sobre a visão em humanos e o desenvolvimento de veículos autônomos

Principais conclusões

• As moscas-das-frutas usam a visão para ir em direção a coisas interessantes, mas também para permanecerem estáveis ​​durante o voo. Para fazer isso, os olhos precisam se fixar no fundo visual enquanto notam objetos que podem indicar comida ou perigo.
• Usando um dispositivo que permite que as moscas interajam com um ambiente virtual, biólogos descobriram que as moscas-das-frutas do deserto de Mojave se fixam em um objeto para obter equilíbrio e estabilidade, ao mesmo tempo em que se orientam em direção a ele como um recurso interessante, enquanto as moscas urbanas comuns se fixam no fundo, mas se movem em direção ao objeto usando olhares rápidos.
• As moscas-das-frutas são frequentemente usadas em experimentos que investigam a percepção e o processamento visual. A descoberta de que nem todas as espécies de moscas-das-frutas navegam em seu ambiente da mesma maneira expande as possibilidades do que os cientistas podem aprender.

As moscas-das-frutas que pairam em volta das maçãs no seu balcão precisam navegar em um ambiente desordenado para encontrar aquela comida, desde o ambiente construído e a vegetação ao redor da sua casa até os objetos na sua cozinha. As moscas-das-frutas do deserto, nem tanto. Elas voam por uma paisagem quase toda árida, pontilhada com um número muito menor de obstáculos relativamente previsíveis para encontrar cactos. No entanto, há muito tempo acredita-se que outras espécies de moscas-das-frutas navegam e mantêm o equilíbrio da mesma forma que as moscas-das-frutas urbanas, independentemente do habitat.

Um novo estudo contradiz essa crença com a descoberta de que espécies de moscas que vivem em dois habitats visuais distintos têm táticas de navegação significativamente diferentes. Os pesquisadores fizeram a descoberta colocando moscas-das-frutas em uma engenhoca que as deixava interagir com objetos virtuais de uma maneira semelhante ao holodeck do programa de TV “Star Trek: The Next Generation”.

As moscas-das-frutas voadoras têm duas funções: dirigir-se para coisas interessantes, mas também permanecer estáveis ​​durante o voo. Assim como nos humanos, a visão as ajuda a se moverem em linha reta e permanecerem estáveis ​​enquanto se orientam em direção a objetos atraentes. Essas duas tarefas não são complementares. Olhar para coisas interessantes interrompe a visão necessária para permanecer estável. Mas o cérebro consegue processar sinais visuais de tal forma que as moscas podem realizar ambas as tarefas.

“A estabilidade visual é importante – tente ficar em pé sobre um pé com os olhos fechados”, disse Mark Frye, autor correspondente de um artigo publicado na Current Biology e professor de biologia integrativa e fisiologia na UCLA. “Se você quiser olhar para coisas interessantes, você tem que brevemente sobrepor a parte da sua visão que direciona o equilíbrio, e você corre o risco de cair.”

Moscas-das-frutas urbanas, Drosófila melanogastervivem em um ambiente visual rico e podem estabilizar o fundo ao redor dos objetos em torno dos quais precisam se orientar. Mas no deserto, o que poucos objetos Moscas-das-frutas de Mojave, Drosófila mojavensisos encontros provavelmente são aqueles em que eles estão interessados, como cactos, mas eles também compõem o cenário que eles precisam usar para se manterem estáveis.

Para testar como diferentes ambientes afetavam o equilíbrio entre navegação e estabilidade em ambas as espécies, os pesquisadores criaram um sistema que permitia que as moscas interagissem com objetos virtuais enquanto rastreavam seus movimentos corporais e oculares com uma câmera. Eles colaram um pequeno pino de aço nas costas da mosca e o conectaram a um ímã suspenso no topo de um dispositivo redondo, semelhante a um tambor. Outro ímã na parte inferior do tambor criava um campo magnético que mantinha o pino exatamente na posição, enquanto permitia que a mosca girasse no plano horizontal dentro do tambor.

As paredes do tambor foram completamente cobertas com luzes de LED e um computador criou diferentes formas móveis em vários tamanhos e orientações usando as luzes. A mosca podia escolher como interagir com esses objetos virtuais. Um dos objetos era uma barra vertical que parecia uma característica natural, como um tronco de árvore. Isso foi projetado para testar como a mosca usaria a barra e o fundo para navegar.

“Sabemos exatamente para onde ela está olhando porque estamos rastreando seu corpo e cabeça com uma câmera de vídeo. Também controlamos exatamente o que o display visual de LED está fazendo para que possamos recriar a visão do experimento a partir do olho da mosca”, disse Frye.

As moscas do deserto ignoraram o fundo e se orientaram para seguir suavemente a barra, centralizando-a em sua linha média visual, enquanto as moscas urbanas não o fizeram. As moscas do deserto e urbanas fizeram movimentos oculares rápidos, chamados sacadas, para seguir objetos que se moviam ao longo de um caminho contínuo. As moscas do deserto, no entanto, confiaram mais fortemente na fixação suave da barra vertical, seguida por uma enxurrada de sacadas para alcançar as barras em movimento rápido.

Esse padrão é semelhante ao modo como nossos olhos rastreiam objetos em movimento.

“Quando nossos olhos rastreiam um objeto em movimento rápido, como uma vaca passando por nós de uma viagem de trem chata, tendemos a ver movimentos oculares suaves e contínuos, mas apenas se o objeto estiver se movendo lentamente em relação a nós. À medida que passamos mais rápido, nossos olhos mudam para sacadas rápidas para acompanhar”, disse Martha Rimniceanu, candidata a doutorado na UCLA e autora principal do estudo. “Ficamos animados em encontrar usos diferentes de movimentos oculares suaves e sacadas em espécies de moscas intimamente relacionadas. Acreditamos que esta é uma adaptação para a estrutura de seu ambiente visual nativo.”

As moscas do deserto responderam à barra se movendo em um fundo estacionário empregando uma estratégia de ‘fixar e sacar’ para rastrear a barra suavemente. As moscas urbanas fixaram-se suavemente no fundo, não na barra, e se orientaram em direção à barra com sacadas que anularam a estabilidade suave.

“Basicamente, as moscas do deserto fixam-se na barra para obter equilíbrio e estabilidade, enquanto também se orientam em direção a ela como um objeto interessante. As moscas urbanas fixam-se suavemente no fundo para obter equilíbrio, então usam sacadas rápidas exclusivamente para navegar em direção à barra”, disse Frye.

A pesquisa mostrou que, independentemente de duas espécies serem intimamente relacionadas ou não, seu ambiente visual determinou suas táticas de navegação visual.

As moscas-das-frutas são frequentemente usadas em experimentos que investigam a percepção e o processamento visual. A descoberta de que nem todas as espécies de moscas-das-frutas navegam em seu ambiente da mesma maneira expande as possibilidades do que os cientistas podem aprender. A navegação visual da mosca-das-frutas do deserto se assemelha mais à dos humanos do que a da mosca-das-frutas urbana, por exemplo, e elas podem ser usadas como um modelo para aprender mais sobre a visão em humanos. As informações também podem ser usadas para auxiliar no desenvolvimento de veículos autônomos.

“Podemos adaptar a pesquisa às perguntas que temos, em vez de ficarmos limitados ao que a mosca nos dará”, disse Frye.