Grensesetting

O estudo foi desenvolvido na Floresta Nacional de Nísia Floresta (FLONA) do Instituto Chico Mendes de Conservação e Biodiversidade (6°5’S, 35°12’W), localizada a 2 km da sede do município de Nísia Floresta, Estado do Rio Grande do Norte, Brasil. A estação de pesquisa tem uma área de 180 ha, dos quais 40 ha são de plantações de espécies exóticas e 80 ha de Mata Atlântica secundária. Nesta ultima área, as arvores podem atingir cerca de 20 m de altura, o solo é arenoso e a camada de húmus, em geral, tem aproximadamente 20 cm de profundidade (Santee e Arruda, 1994).

Sujeitos

Duas colônias de Dinoponera quadriceps Santschi (Hymenoptera, Formicidae, Ponerinae) foram escolhidas de forma aleatória, dentro da área de Mata Atlântica secundária. Elas localizavam-se 13,1 m de distância uma da outra. Nas duas colônias existiam mais de uma entrada (Colônia C - 4 entradas; Colônia A - 2 entradas), porém, apenas uma entrada era monitorada. O critério de escolha foi a ordem no qual encontramos as entradas, a primeira a ser encontrada, em ambas as colônias, tornou-se o ponto de partida das observações durante todo o estudo. As operárias foram marcadas individualmente e continuamente, com etiqueta numerada e plastificada, colada na região do tórax, utilizando uma cola à base de éster de cianoacrinolato (Corbara et al., 1986). Adotamos cores diferentes para as etiquetas de acordo com a colônia as quais pertenciam.

Observações

As observações comportamentais aconteceram de julho a dezembro de 2008. O observador ficava posicionado diante da entrada da colônia à espera da saída de uma operária para segui-la durante o forrageio, até o seu retorno. Cada colônia era observada no

mínimo 10 horas/dia, pelo menos uma vez por semana, das 05h30min às 17h30min. Para as observações escolhemos a técnica do focal contínuo (Martin e Bateson, 1994), com registro do início e do termino do forrageio; também se o indivíduo retornou com ou sem alimento. As operárias foram observadas no mínimo duas vezes consecutivas por dia.

Registro do deslocamento das operárias

Para mapear os deslocamentos das formigas ajustamos a técnica descrita por Turchin et al. (1991). Assim, durante o forrageio, a cada cinco minutos assentávamos uma bandeirola numerada, e independente deste tempo fixo, também assentamos bandeirolas no momento que a formiga se aproximava e/ou ultrapassava uma placa de acrílico. Ao final das observações mediamos a distância e o ângulo entre as bandeirolas numeradas, usando bussola e trena. Estes dados foram levados ao Mopi, um software desenvolvido exclusivamente para desenhar o deslocamento realizado pelas operárias, obtendo uma estimativa do caminho real. A partir deste desenho estimado, verificamos o posicionamento de cada bandeirola em relação ao ninho (Azevedo et al. submetido).

Procedimento experimental

Neste estudo, para analisarmos a possibilidade de integrar informação do ambiente, por parte das operárias de D. quadriceps, posicionamos uma placa de acrílico preto opaco (100 x 30 x 0,8 cm), que caracterizava um obstáculo físico à navegação de rotas utilizadas pelas operárias. O seguinte procedimento foi adotado: a placa era posicionada a 2 m da entrada do ninho, em cada dia de observação num angulo diferente, uma vez que havia operárias de ambas as colônias desenvolvendo suas atividades em várias direções da área circundante de sua respectiva colônia (Azevedo et al. submetido). Ela fazia a cobertura de um ângulo de 28° à frente da entrada do ninho. Era registrado o tempo que cada operária gastava para ultrapassar a placa, que chamamos de tempo de resolução. Este era contado

desde a saída do ninho até a ultrapassagem do obstáculo. Registramos ainda a direção que a operária tomava após contornar a placa conforme descrito acima.

Analise estatística

Com os ângulos obtidos a partir do posicionamento das bandeirolas em relação ao ninho realizamos o teste de Rayleigh, utilizando o software Oriana 2.01 (Kovach, 2004). Obtive o vetor médio de cada viagem e calculamos a diferença angular entre os vetores (Batschelet, 1981) das viagens nas quais a operária atingia e ultrapassava a placa. Se uma operária fosse observada em seis viagens diferentes, só consideramos na nossa analise as viagens nas quais ela manteve contato com a placa de acrílico. Todas as diferenças angulares foram feitas referente ao 1º contato, pois este era o momento que a operária entrava em contato com a nova informação do ambiente imediato ao ninho. Analisamos as diferenças em relação ao tempo de resolução e à diferença entre ângulos com o teste de Kruskal-Wallis utilizando o software Statistica 7.1 (StatSoft, 2005). O tamanho das amostras dos testes variou conforme as variáveis analisadas.

RESULTADOS

A observação direta das duas colônias totalizou 183 horas. Observamos 316 viagens que foram desempenhadas por 56 operárias diferentes. Em apenas 25% destas viagens as operárias retornaram com algum item alimentar, nas demais 75% elas não obtiveram sucesso na busca por alimento. O tempo de viagem, a distância total do deslocamento e a latência de saída para uma nova excursão de busca por alimento após uma viagem prévia, variaram entre as operárias e entre as viagens de uma mesma operária (Tabela 1).

Tabela 1 Resultado das mudanças ocorridas em três variáveis do forrageio nas 316 viagens.

Quartil

Variáveis de forrageio Mediana

25% - 75% Extensão Latência de saída (min) 4.0 2.0 – 13.0 0.0 – 217.0 Tempo de viagem (min) 16.5 4.0 – 48.3 1.0 – 337.0 Distância percorrida (cm) 966.0 99.8 – 2817.3 0.0 – 17290.0

O tempo de resolução, que era o tempo transcorrido desde a saída do ninho até a ultrapassagem da placa de acrílico, não apresentou uma diferença significativa entre as viagens (N=140) (Kruskal-Wallis: H=11.9, df=7, p=0.1) (Fig. 1). O tamanho da amostra representa 44,3% do total de viagens observadas durante o estudo e foi composta pelas viagens realizadas por 47 operárias diferentes, uma vez que este foi o numero de operárias que ultrapassaram a placa de acrílico.

1 2 3 4 5 6 7 8 Viagens 0 5 10 15 20 25 30 T em po d e re so lu çã o (m in ) Mediana 25%-75%

Fig. 1 Diferença entre os tempos de resolução nas 140 viagens nas quais as operárias

Fig. 2 Representação gráfica das viagens da operária 61.

As operárias mantiveram a direção para a mesma área de atividade em todas as viagens, não havendo diferença significativa entre as distâncias angulares (N= 86) (Kruskal-Wallis: H= 2.1, df= 3, p= 0.56) (Fig. 2 e 3). A figura 2 mostra um exemplo das viagens de uma única operária. Na segunda viagem ela saiu da entrada 1 e retornou para

entrada 5; na terceira viagem ela saiu da entrada 5 e retornou para entrada 1, que era a monitorada. As operárias não mudaram o tempo de resolução após um primeiro contato com um novo obstáculo, como também não mudaram a fidelidade direcional de sua atividade de forrageio de uma área familiarizada para outra desconhecida. A amostra utilizada neste teste foi composta pelas viagens de 38 operárias diferentes, número menor do que o considerado no teste para o tempo de resolução porque algumas das operárias consideradas em tal analise só tiveram contato com a placa em uma única viagem.

A B C D

Diferença entre os vetores médios 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 D is tâ nc ia a ng ul ar Mediana 25%-75%

Fig. 3 Diferença entre as distâncias angulares dos vetores médios das viagens de operárias

que ultrapassaram a placa de acrílico. A- diferença entre os vetores médios do 1º e do 2º contato com a placa; B- diferença entre os vetores médios do 1º e do 3º contato com a placa; C- diferença entre os vetores médios do 1º e do 4º contato com a placa; D- diferença entre os vetores médios do 1º e do 5º contato com a placa.

As operárias que se aproximaram da placa, algumas vezes ficaram percorrendo-a antes de ultrapassá-la. Durante esse movimento se elas encontrassem um espaço que desse para passar por baixo elas o faziam. Houve ocasiões em que as operárias tocaram na placa e

retornaram imediatamente ao ninho. Algumas delas desenvolveram sua atividade de forrageio antes da placa, não chegando nem mesmo a se aproximar dela. Algumas vezes, ao se aproximar da placa a operária parava e levantava sua cabeça com as antenas esticadas e depois seguia na direção da placa, desviando da mesma para ultrapassá-la em seguida. Como as colônias observadas tinham mais de uma entrada, certas vezes a placa ficou posicionada entre duas entradas do ninho. Após o primeiro contato, quando a operária retornava do forrageio seguia para a entrada na qual ela não teria que ultrapassar a placa (Fig. 2).

DISCUSSÃO

Entre as formigas, a exploração dos recursos alimentares no ambiente é baseada em duas características da organização social: existência de rotas constantes e processos de recrutamento (Fresneau, 1985). As operárias de Dinoponera quadriceps exploram o ambiente solitariamente e apresentam constância nas rotas de forrageio, de maneira que as forrageadoras, individualmente, demonstram fidelidade direcional a determinada área de busca (Azevedo et al. submetido). Essa fidelidade distinta para uma direção particular pode ser um caso extremo de comportamento de forrageio já registrado em Paltothyreus tarsatus (Hölldobler, 1980) e Neoponera apicalis (Fresneau, 1985). As formigas viajando entre o ninho e a área de forrageio podem seguir rotas estereotipadas em uma ou outra direção (Harris et al., 2005).

As diferenças individuais quanto à distância percorrida, o tempo gasto na busca e o tempo entre viagens, que é aquele no qual a operária fica no ninho antes de realizar outra viagem de forrageio, demonstra que em Dinoponera quadriceps as tomadas de decisão ocorrem em nível individual e estas incidem na eficiência de forrageio da colônia. Estas

diferenças individuais parecem sofrer influência da disponibilidade de alimento na área de uso da colônia e do grau de conhecimento que as operárias têm de tal área, que depende do quanto elas estão familiarizadas com o ambiente ao redor do ninho, sua área de atividade. O ambiente heterogêneo no qual os ninhos de D. quadriceps observados estavam localizados torna necessário o uso de estratégias de forrageio a fim de otimizar o trabalho fora do ninho. Uma distribuição homogênea de presas não promove estratégia de busca porque a formiga não tem problemas com quantidade e onde encontrá-las (Buchkremer e Reinhold, 2008). Já uma distribuição heterogênea pode requerer que uma operária gaste parte do tempo de busca, meramente viajando a uma área que ela conhece bem para examiná-la efetivamente (Carroll e Janzen, 1973). Se durante esta viagem uma presa era capturada, a operária de D. quadriceps retornava na direção do ninho numa trajetória aproximadamente linear. Mas, se nenhuma presa era capturada ela retornava sem presa, mesmo depois de horas de busca. Neste caso, ela poderia atrasar a viagem subseqüente. Este mesmo padrão foi descrito por Franz e Wcislo (2003) para Ectatomma ruidum.

Decisões no nível individual são baseadas em processos cognitivos que podem ser relativamente simples ou que podem alcançar um nível elevado de sofisticação (Dussutour et al., 2009). Os processos de aprendizagem relacionados ao recurso podem também estar envolvidos na persistência da rota de fidelidade e memória (Traniello, 1989). A representação gráfica das viagens de uma operária de D. quadriceps (Fig 2) demonstra claramente um comportamento que é comum a todas as operárias desta espécie. Elas mantêm fidelidade direcional à área na qual elas desenvolvem a busca por alimento e mais de uma operária individual forrageia num mesmo setor (Azevedo et al., submetido). Deste modo as conseqüências para a colônia com o fracasso na busca são menos prejudiciais do que ter um único indivíduo procurando por alimento em cada setor. Melophorus bagoti

exibe uma fidelidade setorial cuja distância de forrageio dentro da área aumenta com a experiência da formiga (Muser et al., 2005). A fidelidade rigorosa ao local de forrageio e à rota de acesso leva a um mosaico do forrageio para a colônia inteira (Fresneau, 1985). A regulação do forrageio de Pogonomyrmex barbatus, por exemplo, não requer que nenhum indivíduo demonstre aos outros uma localização particular com alimento abundante, um sistema de interações descentralizadas ajusta o numero de forrageadoras para a disponibilidade de alimento presente (Beverly et al., 2009).

As espécies de formigas que vivem em florestas tropicais, com padrão geral do dossel imprevisível, demonstram ser capazes de aprender e memorizar imagens de configurações particulares de ramos e folhas numa interação mais sutil de processos cognitivos (Hölldobler, 1980). A fidelidade setorial supre o forrageador com o conhecimento sobre os pontos de referência familiares (Collett e Collett, 2000). As formigas provavelmente adquirem a maioria de seu conhecimento de pontos de referência enquanto estão relativamente próximas ao ninho ou nas rotas fixas, preferivelmente do que durante uma exploração espacialmente ampla (Collett et al., 2007).

Várias espécies de formigas são conhecidas por aprender e seguir rotas guiadas visualmente quando forrageiam (Graham e Collett, 2006). Neste estudo, colocamos um obstáculo físico no curso da trajetória das operárias de D. quadriceps e vimos reações diferentes à presença do mesmo. As operárias que mantiveram suas atividades mais perto do ninho, provavelmente, são inexperientes e ainda não definiram suas rotas de forrageio. Durante as primeiras saídas, novas operárias selecionam uma rota aproximada (Fresneau, 1985). Ao que parece D. quadriceps define a direção do forrageio, como também a distância percorrida à medida que as operárias tornam-se mais experientes através da familiaridade com pontos de referência que elas encontram ao longo da rota (Azevedo et al.

submetido). Formigas como Neoponera apicalis (Fresneau, 1985), Ectatomma ruidum (Franz e Wcislo, 2003), e Melophorus bagoti (Narendra et al., 2007) também apresentam um padrão de aprendizagem similar.

A informação que um forrageador adquire através da aprendizagem individual é gerada somente pela interação do indivíduo com os recursos disponíveis. Os objetos tendem a ser visualizados frontalmente por formigas (Collett, 1996). As bordas dos mesmos podem ser enfatizadas pela luz polarizada. A intensificação da borda baseada na polarização poderia melhorar a detecção do objeto (Shashar et al., 1998). O obstáculo de acrílico provavelmente foi percebido pelas operárias como descrito acima, integrando-o como nova informação, e agindo como se ele fosse mais um obstáculo natural que elas encontram durante o forrageio, como um tronco ou galho de árvore caído no solo. Isto é percebido pelo fato do tempo de resolução que as operárias de D. quadriceps tiveram até ultrapassar a placa de acrílico não variar significativamente após o primeiro contato.

As operárias que retornaram para o ninho após encontrar a placa acrílica, desempenharam um comportamento típico realizado pelas formigas quando perturbadas no seu deslocamento, que é a tendência a retornar para o ninho em vez de continuar forrageando. Conforme Collett e Collett (2000, 2009), a motivação do forrageio se torna mais frágil do que a motivação para o retorno ao ninho.

Quanto às operárias que ultrapassaram a placa, elas podem ter obtido informação de um ponto de referência contínuo ao longo de suas rotas a partir da placa. Assim, suas trilhas são menos restringidas pelo obstáculo e elas podem aprender a desenvolver uma trilha paralela ou oblíqua à barreira (Collett e Collett, 2002). O comportamento das formigas conforme desviam de um obstáculo familiar pode ser considerado como um tipo de aprendizagem motora (Bisch-Knaden e Wehner, 2001). Assim como descrito por Collett

(1996), os desvios demonstrados por D. quadriceps indicam que suas operárias reconhecem pontos de referência familiares en route e corrigem suas trilhas, dirigindo-se à esquerda ou à direita ao redor do obstáculo; após ultrapassá-lo, seguem suas rotas para a área de forrageio individual (sentido ninho área de uso) ou diretamente para o ninho numa trajetória quase linear (sentido área de uso ninho). As operárias após contornar o obstáculo pela primeira vez sempre o faziam pelo mesmo lado e percorrendo distâncias semelhantes, atendendo aos pré-requisitos para a existência de um programa motor, conforme a hipótese sugerida por Stamps (1995).

Ao pararem antes de alcançar a placa, levantar a cabeça com as antenas esticadas e movimentá-la de um lado para outro é possível que as operárias medissem a altura do obstáculo com o alcance das antenas durante o primeiro contato com a placa. Atualmente, é sabido, que muitos insetos são capazes de acessar e processar informação dimensional e ajustar seu comportamento para a dimensão medida sem retro-alimentação sensorial direta (Dussutour et al., 2009). Em Formica rufa, as formigas mantêm uma distância desejada de uma barreira por manter a imagem do topo da mesma numa elevação particular na retina (Graham e Collett, 2002). As operárias de Atta colombica na presença de uma restrição elevada, durante a viagem de longo curso, ajustam o corte e o transporte de fragmentos de folha (Dussutour et al., 2009).

D. quadriceps provavelmente retém a nova informação, a placa, que pode se tornar

um ponto de referência, fazendo com que as operárias ajustem a representação espacial dos pontos de referência da área de uso da colônia. Revisitar o ponto de referência familiar, retém os limites da imagem do ponto de referência estabilizada em várias posições discretas na retina, conforme ocorre em Formica rufa (Judd e Collett, 1998). Cataglyphis cursor usa uma representação visual interna que armazena as propriedades relacionais de todos os

pontos de referência em seu ambiente visual controlado (Beugnon et al., 1996). Pontos de referência visuais podem ser as pistas mais importantes para guiar as operárias de

Paltothyreus tarsatus, com o dossel demonstrando um papel principal na orientação

(Hölldobler, 1980). Collett et al. (2001) em um experimento com Cataglyphis fortis, usando uma barreira preta, verificou que a maioria das formigas retornando do alimentador, orientou-se diretamente na direção do fim da barreira, indicando que a visão da barreira preta guiou as trajetórias das formigas em sua viagem de retorno ao ninho. Outro experimento com esta mesma espécie, porém utilizando uma barreira inconspícua, mostrou que nesta situação as formigas não tomam um atalho para o fim da barreira (Bisch-Knaden e Wehner, 2001).

As operárias de D. quadriceps mantêm fidelidade à rota concomitante com uma fidelidade setorial de forrageio (Azevedo et al. submetido). Tal comportamento mais os resultados vistos acima indicam que esta formiga pode fazer uso de mais de uma estratégia de navegação. Os sistemas de navegação compreendem a integração de trilha e a localização de um objeto usando algum tipo de instantâneo armazenado do panorama dos pontos de referência ao redor do objetivo (área de atividade ou ninho) (Benhamou e Poucet, 1996). Com a experiência repetida sobre uma trajetória, as pistas ao longo da rota são usadas para configurar a navegação baseada na mesma (Kohler e Wehner, 2005; Wehner et al., 2006), com a integração de trilha como um sistema de segurança (Narendra et al., 2007). A flexibilidade comportamental caracterizada pelos desvios realizados pelas operárias diante da placa de acrílico reflete a capacidade de aprendizagem delas para uma nova informação do ambiente. Quando rotas familiares entre ninho e área de atividade são bem estabelecidas, o conteúdo da memória de informação vetorial pode ser mudado de uma memória transitória de curto prazo para uma memória de referência de vida (Beugnon et al.,

2005). Desta maneira, D. quadriceps parece responder a mudanças no contexto ambiental ao longo de sua rota familiar, através da integração de informações introduzidas tornando eficiente o trabalho individual e conseqüentemente o da colônia, através do uso de pistas para orientação, ainda não identificadas, que podem favorecer ambos os sistemas de navegação: integração de trilha e memória de pontos de referência.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos a Marconi C. Rodrigues pelo software desenvolvido para desenhar o caminho (Mopi). A Universidade Federal do Rio Grande do Norte pelo apoio logístico. Ao Instituto Chico Mendes de Biodiversidade (ICMBio) pela licença para coleta (Licenças nº 10602-1 e 12547-1) e o apoio logístico na FLONA de Nisia Floresta/RN. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq) (Grant no 302012/2006-0 e 401738/2007-8), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado do rio Grande do Norte (FAPERN) (PRONEX Proc. MCT-01.0009-00/2002) pela ajuda financeira.