Cientistas estão tentando descobrir como os animais seguem um perfume até sua origem

Descobrir as diversas estratégias que os animais empregam poderia ajudar os engenheiros a desenvolver robôs que realizam tarefas semelhantes

Dana Mackenzie, Revista Conhecível

Em 2 de outubro de 2022, quatro dias depois que o furacão Ian atingiu a Flórida, um Rottweiler de busca e resgate chamado Ares caminhava pelas ruas devastadas de Fort Myers quando chegou o momento para o qual ele estava treinando. Ares sentiu um cheiro dentro de uma casa destruída e correu escada acima, com seu treinador logo atrás, abrindo caminho cautelosamente entre os escombros.

Eles encontraram um homem que ficou preso dentro de seu banheiro por dois dias depois que o teto desabou. Cerca de 152 pessoas morreram em Ian, um dos piores furacões da Flórida, mas esse homem de sorte sobreviveu graças à capacidade de Ares de seguir um cheiro até sua origem. .

Muitas vezes tomamos como certa a capacidade de um cão encontrar uma pessoa enterrada sob os escombros, de uma mariposa seguir uma pluma de cheiro até ao seu companheiro ou de um mosquito sentir o cheiro do dióxido de carbono que exala. No entanto, navegar pelo nariz é mais difícil do que pode parecer, e os cientistas ainda estão a descobrir como os animais o fazem.

“O que dificulta é que os odores, ao contrário da luz e do som, não viajam em linha reta”, diz Gautam Reddy, físico biológico da Universidade de Harvard e coautor de uma pesquisa sobre a forma como os animais localizam as fontes de odor na Revisão Anual de 2022. de Física da Matéria Condensada. Você pode ver o problema olhando para uma nuvem de fumaça de cigarro. No início ele sobe e percorre uma trajetória mais ou menos reta, mas logo começa a oscilar e finalmente começa a tombar caoticamente, em um processo denominado fluxo turbulento. Como um animal poderia seguir uma rota tão complicada de volta à sua origem?

Nas últimas décadas, um conjunto de novas ferramentas de alta tecnologia, que vão desde a modificação genética à realidade virtual e aos modelos matemáticos, tornou possível explorar a navegação olfactiva de formas radicalmente diferentes. As estratégias que os animais utilizam, bem como as suas taxas de sucesso, dependem de uma variedade de factores, incluindo a forma do corpo do animal, as suas capacidades cognitivas e a quantidade de turbulência na pluma de odor. Um dia, esta crescente compreensão poderá ajudar os cientistas a desenvolver robôs capazes de realizar tarefas para as quais agora dependemos dos animais: cães para procurar pessoas desaparecidas, porcos para procurar trufas e, por vezes, ratos para procurar minas terrestres.

O problema de rastrear um odor parece ter uma solução elementar: simplesmente farejar e seguir na direção onde o cheiro é mais forte. Continue até encontrar a fonte.

Esta estratégia – chamada busca gradiente ou quimiotaxia – funciona muito bem se as moléculas de odor estiverem distribuídas em uma névoa bem misturada, que é o estágio final de um processo conhecido como difusão. Mas a difusão ocorre muito lentamente, por isso a mistura completa pode levar muito tempo. Na maioria das situações naturais, os odores fluem pelo ar em uma corrente ou pluma estreita e bem delineada. Essas plumas e os cheiros que transmitem viajam muito mais rapidamente do que por difusão. Em alguns aspectos, esta é uma boa notícia para um predador, que não pode esperar horas para localizar a sua presa. Mas as notícias não são todas boas: as plumas de odor são quase sempre turbulentas e o fluxo turbulento torna a pesquisa por gradiente extremamente ineficiente. Em qualquer ponto, é bem possível que a direção em que o cheiro aumenta mais rapidamente aponte para longe da fonte.

Os animais podem recorrer a uma variedade de outras estratégias. Os insetos voadores, como as mariposas em busca de um parceiro, adotam uma estratégia de “lanço e onda”, que é uma forma de anemotaxia, ou resposta baseada em correntes de ar. Quando uma mariposa macho detecta os feromônios de uma fêmea, ela imediatamente começa a voar contra o vento, presumindo que haja vento. Se ele perder o cheiro – o que provavelmente acontecerá, principalmente quando ele estiver longe da fêmea – ele começará a “lançar” de um lado para o outro com o vento. Ao encontrar a pluma novamente, ele voltará a voar contra o vento (a “onda”) e repetirá esse comportamento até ver a fêmea.