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Por que as zebras e os pandas possuem padrões pretos e brancos tão únicos?

- Atualizado no dia 30 de outubro de 2021 - 

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          Uma das características mais encantadoras da natureza, sem dúvida alguma, é a riqueza das suas cores. Vivemos em meio a uma fantástica presença de cores e movimentos, em um rico e diversificado bioma. Mas é interessante que, apesar de estarmos sempre apreciando a beleza dessas cores, raramente paramos para pensar no como e porquê delas. Quais os mecanismos envolvidos na sua produção e percepção, e como as mesmas evoluíram? Sim, desde plantas até os animais, as cores são usadas em inúmeras funções, incluindo comunicação social e interação com parasitas, predadores e ambiente físico, e até mesmo como fator direto de proteção, como o nosso pigmento melanina que protege a pele da ação dos raios ultravioletas do Sol (Melanina e UV).

            Entre os animais, o estudo das cores é bastante explorado no meio acadêmico, especialmente no campo evolucionário. Entender os fatores genéticos, epigenéticos e ecológicos por trás dos vários padrões de cores encontrados é essencial para a melhor compreensão da nossa fauna. Nesse sentido, dois grandes mistérios da ciência parecem ter encontrado sua resposta em anos recentes, através de estudos conduzidos principalmente pelo professor Tim Cairo, hoje na Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol, Reino Unido: por que as zebras e pandas possuem seus distintos padrões preto e branco de coloração?

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  ZEBRA E SUAS LISTRAS


As zebras são equídeos africanos que englobam três distintas espécies, todas unidas pelas características listras pretas e brancas espalhadas pelo corpo. Existem três espécies de zebras: a zebra-das-planícies (Equus quagga), a zebra-das-montanhas (Equus zebra) e a zebra-de-Grevy (Equus grevyi), com a E. quagga sendo a mais numerosa e sendo tradicionalmente separada em 6 sub-espécies (apesar de controvérsias genéticas).

       Desde que os biólogos Alfred Russel Wallace e Charles Darwin primeiro debateram o porquê do padrão de listras pretas e brancas tão intrigantes nas zebras, há mais de 130 anos, muitas hipóteses surgiram para explicá-lo: seria uma forma de camuflagem? Algo para confundir os predadores? Um mecanismo de controle de temperatura corporal? Um repelente natural de moscas? Um sinalizador social (acasalamento, identificação, etc.)?

           Em 2016, o pesquisador Tim Caro publicou um livro intitulado 'Zebra Stripes' ('Listras das Zebra'), onde detalhou, passo a passo, o fascinante caminho que percorreu em suas pesquisas para encontrar a resposta desse mistério científico, a qual foi primeiro publicada na Nature (Ref.1), em 2014. Tim testou todas as hipóteses acumuladas ao longo das décadas no seu "habitat" de estudo na Tanzânia, África. E muitas das suas metodologias foram muito criativas e excêntricas:

Tim Caro, em sua "fantasia" de zebra
1. Fez longas caminhadas vestindo roupas imitando a pele das zebras para contar todas as picadas de moscas que pousaram em seu corpo.

2. Criou modelos de tamanho real e feitos de madeira de espécies de equinos pintadas com diferentes padrões de cores para estudar efeitos de camuflagem.

3. Aproximava de bandos de zebras a pé para registrar seus comportamentos de fuga.

4. E em momentos de "normalidade científica", usou câmeras termográficas para medir o calor emanado de diferentes espécies.

           Além dos estudos práticos, o time de pesquisa liderado por Caro fez um amplo estudo da literatura científica relativo ao comportamento e características gerais das sete espécies de equídeos ainda existentes:

- Equus burchelli, E. zebra,  E. grevyii (todas as três com proeminentes listras brancas e pretas - em outras palavras, as zebras);

- Burro-Africano-cinza - E. africanus - (possui finas listras na parte inferior das pernas);

- E. kiang, E. hemionus, E. ferus przewalskii (todas as três asiáticas e sem listras, com coloração cinza ou marrom);

- Subespécies também foram avaliadas e apresentaram também considerável variação de padrões de listras no corpo. Já o cavalo domesticado (E. ferus caballus) não foi considerado, por causa, obviamente, da intensa seleção artificial a qual foi submetido.

           E mais dois fatos importantes já previamente descobertos cientificamente:

- Humanos acham objetos listrados em movimento difíceis de mirar com boa acuracidade em uma tela de computador;

- Moscas tsé-tsé, moscas da família Tabanidae, entre outras, tendem a pousar menos em superfícies listradas de branco e preto do que em outras superfícies. Moscas que picam são atraídas aos seus alvos pelo odor, temperatura, visão e movimentos, mas na hora do pouso, a visão parece ter grande importância. Mas o porquê delas evitarem listras brancas e pretas é incerto e era algo, até o estudo de Caro, não testado em animais.
À direita, uma mosca-de-cavalo e, à esquerda, uma mosca tsé-tsé

            Com os resultados obtidos do seu trabalho de campo e uma revisão comparativa da literatura científica mostrando que as espécies e subespécies de equídeos listrados ocorriam onde moscas eram numerosas, Caro não teve dúvidas: as zebras tinham seu padrão característico de listras pretas e brancas para evitar as picadas de moscas, como mutucas (Tabanidae) e as moscas tsé-tsé (gênero Glossina). Nas duas figuras abaixo, esse resultado fica ainda mais claro:

                       


          Todas as outras hipóteses foram testadas e não geraram evidências mínimas de , incluindo a noção que as listras poderiam confundir os predadores (como leões). Aliás, em relação à hipótese do controle de temperatura corporal, um estudo publicado em 2018 de forma independente na Scientific Reports aparentemente havia desbancado essa possibilidade (Ref.11). Essa hipótese diz que o distinto padrão de listras das zebras serviria para resfriar o corpo desses animais quando expostos diretamente ao Sol, onde o maior aquecimento sobre as listas pretas e menor aquecimento sobre as listras brancas (menor ou maior reflexão da luz solar) gerariam áreas de baixa e alta pressão do ar sobre a pele, levando à criação de pequenos vórtex de ar. O ar circulante a partir desses vórtex ajudaria, então, a baixar a temperatura sobre a pele das zebras. Porém, no estudo, os pesquisadores simularam diversas superfícies com diferentes padrões de cores, incluindo o padrão de listas das zebras, e as expuseram à radiação solar. Resultado? Nenhuma diferença de temperatura foi registrada além do aquecimento normal das partes brancas e pretas (!).

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(!) Porém, um estudo recente trouxe evidências praticamente conclusivas corroborando a hipótese da termorregulação e argumentando que ela seria a principal explicação para as listras das zebras. Mais à frente esse estudo será explorado.
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          Além dos padrões de distribuição dos equídeos/moscas e aparente desvalidação das outras hipóteses, observações indiretas são sugestivas. Primeiro, a incidência de sangue de zebras nas moscas tsé-tsé é baixa, especialmente da espécie G. morsitans. Segundo, a incidência de tripanossomíase disseminada pelas tsé-tsé - manifestada em nós como a Doença do Sono - é igual ou menor do que os outros mamíferos vivendo na mesma região, enquanto que os cavalos domesticados (sem listras) sofrem agressivamente dessa doença em várias partes da África.

          Além disso, as zebras podem ter sofrido maior pressão ambiental durante sua evolução no ganho das listras por causa das características dos seus pelos, os quais são menos longos e grossos do que de outros equídeos, facilitando o ataque de moscas. E evitar um grande ataque de moscas pode carregar dois possíveis benefícios:

- Redução da perda de sangue: Nos EUA, cálculos mostram que, por dia, uma vaca pode perder entre 200 e 500 ml de sangue apenas pelas picadas de moscas da família Tabanidae. Em um exemplo, na Pennsylvania, estudos já mostraram que o ganho de massa corporal é de quase 17 kg menor, na média, por vaca, após um período de 8 semanas na ausência de inseticidas prevenindo o ataque de moscas-do-chifre (Siphona), moscas-de-cocheira (Stomoxys) e moscas-de-cavalo (Tabanus). Já a perda de produção leiteira cai 139 kg por vaca anualmente no país apenas considerando a livre atividade das moscas-de-cocheira.

- Doenças: Certas doenças disseminadas pelas moscas que picam, especialmente na África subsariana, como a influenza equídea, doença do cavalo africano, anemia equídea infecciosa tripanossomíase, são fatais e restritas aos equídeos. Pode ser que as zebras, por exemplo, sejam mais suscetíveis às mesmas, e, por isso, ganhariam grandes vantagens com seus padrões de listras.

           Ambos os benefícios, ou apenas um deles, podem ter sido o fator ambiental determinante para a seleção das listras pretas e brancas cada vez mais proeminentes. Mas é óbvio agora que essas listras são escudos de defesa contra as moscas, provavelmente a partir de mecanismos ópticos de polarização da luz.

     ESPANTAM MOSCAS?

          E, adicionando mais peso científico nessa conclusão, em um estudo publicado recentemente no periódico PLOS ONE (Ref.12), pesquisadores liderados pelo próprio Tim Caro analisaram as taxas de picadas de mosquitos em três zebras e em nove cavalos monocromáticos vivendo em uma fazenda no Reino Unido. Nos cavalos monocromáticos, os pesquisadores também fizeram testes colocando ou uma cobertura ("pele" artificial) imitando o padrão de cores das zebras, ou uma cobertura totalmente branca, ou uma totalmente cobertura preta.


          Os resultados do estudo mostraram que, interessantemente, as listras das zebras não afastavam os mosquitos mais do que os outros tipos de pelagem - tanto as zebras quanto os cavalos domésticos experienciaram a mesma taxa de moscas circulando em volta deles. Porém, quando o padrão preto-e-branco de listras estava presente, as moscas em geral falhavam em desacelerar, voando direto sobre o animal ou batendo neles.

          De fato, as moscas estavam pousando na média 1/4 da taxa de pouso nos outros cavalos. E durante 5,3 horas de observação direta, os pesquisadores não viram nenhuma mosca da família Tabanidae pousando na pele das zebras, enquanto nos outros equídeos isso ocorreu 239 vezes durante um período de 11 horas de observação.

          Além disso, nos testes envolvendo a cobertura artificial de cavalos com peles falsas pretas, brancas ou com listras pretas-e-brancas, apenas 5 mosquitos pousaram na pele de listras imitando as zebras, enquanto no mesmo período para as outras coberturas isso ocorreu 60 vezes. Já na cabeça descoberta dos cavalos, a taxa de pouso foi praticamente a mesma para todas as coberturas.



          Nesse sentido, isso corrobora os estudos e conclusões prévias de Caro, mas mostra que as moscas não são espantadas pelas listras, e, sim, são desorientadas pelas listras, dificultando o pouso e alimentação desses insetos sobre a pele das zebras.


   PORÉM...

          Apesar do papel de "espanta" mosca das listras ser agora praticamente inquestionável, uma das hipóteses levantadas nas últimas décadas foi erroneamente desprezada por Caro e outros pesquisadores, por causa da metodologia falha sendo usada para testá-la. Um estudo bem recente publicado no Journal of Natural History (Ref.13) trouxe forte evidência de que as listras nas zebras são também usadas para o controle da temperatura corporal desses mamíferos, detalhando pela primeira vez um novo mecanismo de como isso pode ser alcançado, envolvendo transpiração, criação de pequenas correntes de convecção e a não previamente registrada habilidade das zebras de deixarem eretos os pelos nas listras pretas.

          O estudo é inédito em termos de investigar a hipótese do controle de temperatura nas zebras vivas e no habitat natural desses equídeos, algo antes não realizado. Os pesquisadores utilizaram para isso duas zebras (uma macho e uma fêmea) junto com uma outra zebra vestida em uma pele artificial de cavalo (controle), todas nativas do Quênia, África. Os dados obtidos no estudo revelaram uma significativa diferença de temperatura entre os dois tipos de listra que aumenta à medida que o dia fica mais quente nas savanas. Mas enquanto que nas zebras vivas essa diferença estabiliza após algumas horas, com as listras pretas ficando 12-15°C mais quentes do que as listras brancas, a pele de uma zebra falecida continua se aquecendo, chegando a um aquecimento extra de 16°C. Ou seja, isso mostra que não se pode levar apenas a pele da zebra como fator de análise nessa questão. Existe evidentemente outro mecanismo de resfriamento associado.

          Como todas as espécies de equídeos, as zebra transpiram para se refrescarem. Estudos em anos recentes tinham revelado que a passagem do suor nos cavalos da pele para a ponta dos pelos é facilitada por uma proteína surfactante chamada de laterina, a qual também está presente nas zebras. Essa proteína aumenta a área superficial do suor e diminui sua tensão superficial, facilitando a evaporação da água associada e prevenindo o superaquecimento do animal. Nesse sentido, a diferença de temperaturas entre as listras da zebra formariam pequenos movimentos convectivos caóticos de ar dentro e logo acima das listras, que desestabilizariam o ar e o vapor de água na ponta dos pelos, facilitando ainda mais a dissipação de calor.

          Ao mesmo tempo, a habilidade de eriçar os pelos pretos, mas mantendo os pelos brancos abaixados, facilitaria a transferência de calor da pele para a superfície da pelagem nas regiões mais aquecidas (escuras), facilitando também a penetração das correntes de ar sendo geradas. Durante as primeiras horas do dia, quando a temperatura ambiente é baixa, os pelos eriçados também atuariam, mas dessa vez prendendo o ar aquecido próximo da superfície da pele, como ocorre em outros mamíferos.

          Assim, os três componentes - movimentos convectivos de ar, suor auxiliado pela laterina e eriçamento seletivo da pelagem - trabalhariam juntos como um mecanismo de resfriamento das zebras. Os autores também especularam que o ar instável associado com as listras pode também atuar ajudando a repelir as moscas que tentam pousar na pele das zebras, aliado ou não com mecanismos de desorientação visual (padrões pretos e brancos).

          Como as zebras são obrigadas a passar a maior parte do dia pastando, debaixo de sol (savanas são ambientes abertos), os autores propuseram que o mecanismo de termorregulação seria o principal motivo das listras, com a ação de espantar moscas sendo algo secundário. Ambas as vantagens justificariam a seleção positiva de listras pretas e brancas (reforçando os movimentos de ar) nos ambientes mais quentes.

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      PANDAS

O panda-gigante, ou simplesmente ´panda´, é um mamífero omnívoro da família Ursidae endêmico da República Popular da China. Antes encontrados em grande perigo de extinção, graças aos esforços de conservação da espécie esse mamífero está testemunhando um crescimento cada vez maior da sua população.

          Outro grande mistério na biologia recai no porquê do Panda-Gigante (Ailuropoda melanoleuca) ter seu típico e tão único padrão de coloração preta e branca. E quem parece ter resolvido esse mistério, mais uma vez, foi o Dr. Tim Caro e colaboradores, em dois estudos.   

          No primeiro estudo estudo, publicado em 2017 no periódico Behavioral Ecology (Ref.4), os pesquisadores sugeriram que a distinta coloração do Panda-Gigante possui funções de camuflagem e de comunicação. Para tal conclusão, os pesquisadores realizaram uma análise comparativa de cada parte da pelagem de um típico panda em relação aos  padrões de coloração de 195 espécies carnívoras e 39 subespécies de ursos associadas com a linhagem evolutiva dos Pandas. Já no segundo estudo, publicado recentemente no periódico 

     CAMUFLAGEM

          No primeiro estudo, os pesquisadores encontraram que a maior parte da pelagem do panda - rosto, pescoço, barriga e traseiro - é branca para ajudá-lo a se esconder em habitats de neve. Já os membros seriam pretos para ajudá-lo a se esconder nas sombras das florestas. Nesse caso, a coloração dualística com fins de camuflagem teria emergido como uma resposta à dieta quase exclusiva de bambu e inabilidade de digerir uma maior variedade de plantas.

             Os pandas possuem uma dieta constituída de 99% de bambu (subfamília Bambusoideae), com o resto dos 1% compreendendo frutas, pequenos mamíferos e peixes. O grande problema é que seus sistema digestivo, mesmo auxiliado por bactérias em simbiose, só consegue digerir cerca de 17% da massa seca (com alta quantidade de lignina e celulose) e cerca de 27% de hemi-celulose. Além disso, a planta do bambu, em geral, é pobre em proteína e o seu trato digestivo é relativamente ineficiente para uma dieta carnívora, já que seus ancestrais são carnívoros (lembrando que o panda está dentro da ordem Carnivora). Com isso, esse mamífero precisa ingerir gigantescas quantidades de bambu - mesmo selecionando as partes mais nutritivas da planta, como os brotos -, e passa grande parte do dia comendo. Em uma média, um indivíduo adulto consome em torno de 12,5 kg de bambu por dia, defecando mais de 100 vezes pelo mesmo período.


          Por causa da dieta, o panda é uma das poucas espécies de urso que não hibernam, já que não consegue armazenar suficiente gordura corporal para dormir durante o inverno, necessitando ficar ativo o ano inteiro, viajando longas distâncias e encarando diferentes tipos de habitats que vão de montanhas cobertas de neve até florestas tropicais. Exposto e ativo na maior parte do tempo, sua camuflagem preta e branca estaria ajudando-o a se proteger de predadores. Apesar de hoje esses animais praticamente não possuírem predadores naturais por causa de interferência antropogênica no ecossistema associado, em um passado longínquo provavelmente os pandas - e especialmente os filhotes - enfrentavam pressão muito maior de animais carnívoros de grande porte, como tigres (hoje raros no ambiente selvagem).

          No segundo estudo, Dr. Cairo e seu time de pesquisa mostraram que a icônica coloração do panda-gigante é críptica no ambiente natural dessa espécie, e que o padrão preto-e-branco resulta em uma coloração disruptiva distância-dependente, reforçando que esses animais usam as cores do corpo para evitar detecção. Analisando fotos tiradas a várias distâncias (5-150 metros) no habitat natural, eles demonstraram que a pelagem do panda-gigante compartilha uma luminescência aparente (ex.: possui contrapartes similares) com o visual do ambiente natural. As partes pretas misturam-se com sombras escuras e troncos de árvores, fornecendo portanto camuflagem contra elementos escuros na cena visual, enquanto que as partes brancas misturam-se com as folhagem e neve (quando presente).



          A variação de brilho no background ambiente explica o porquê do branco estar associado com a folhagem, a qual é coberta de neve durante o inverno e possui uma cutícula cerosa externa (causando luminosidade especular) durante o verão. Portanto, segundo os pesquisadores, é plausível que as partes brancas possam fornecer bom ocultamento em espaços iluminados de floresta mesmo sem neve, quando pequenas lacunas na cobertura de árvores permitem intensa luz penetrar na floresta. Além disso, colorações mais amarronzadas - e raras - desses animais (variações de padrão marrom-e-branco) correspondem bem à coloração do solo e de rochas no ambiente natural.

          Por fim, o segundo estudo também derruba o mito de conspicuidade dos pandas-gigantes, ou seja, de que suas cores são drasticamente destacadas do ambiente natural. Apesar de a distâncias curtas, como ambientes de cativeiro (ex.: zoológicos), o panda-gigante pareça muito óbvio para humanos, essa espécie compartilha mais da metade das suas cores com o seu típico habitat natural. Em termos de similaridade com o background, os pesquisadores usaram uma técnica de mapeamento de cor para mostrar que o panda-gigante cai no mesmo grupo de várias outras espécies amplamente consideradas como camufladas. 

    COMUNICAÇÃO

       Por outro lado, a coloração preta na cabeça do panda não é usada para se proteger de predadores, mas para o envio de sinais. As orelhas pretas podem ajudá-lo a expressar um senso de ferocidade, um alerta para predadores. Já a mancha preta em volta dos olhos pode ajudá-lo no reconhecimento de outros indivíduos da sua espécie ou mandar sinais de agressão para outros pandas competidores.

        Além disso, um estudo de 2008 (Ref.10) trouxe consistente evidência de que esses animais conseguiam reconhecer as diferenças mínimas entre as marcas pretas em torno dos olhos de outros indivíduos. Nesse estudo, dois pandas jovens foram treinados para reconhecerem padrões geométricos de figuras elípticas e das marcas pretas oculares de outros pandas. Mesmo quando os pesquisadores modificavam minimamente as marcas, os dois pandas eram capazes de discriminá-las e também lembrar dessas discriminações após 6 meses a 1 ano. Esses resultados reforçam o propósito das marcas oculares dos pandas com o fim de reconhecimento individual, comunicação social e, talvez, escolhas de acasalamento.

    OUTRAS EXPLICAÇÕES?

        Outras hipóteses como regulação de temperatura corporal ou as manchas em volta dos olhos servindo como amenizadores de reflexo de luz do ambiente foram descartadas durante o estudo, por falta de evidências mínimas. Porém, como o estudo teve sua maior base a comparação de pandas com outros mamíferos carnívoros, pode ser que uma ou outra parte da coloração desses animais evoluiu para outros propósitos distintos ainda não óbvios para os pesquisadores.

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   CONCLUSÃO

         Enquanto que para as zebras suas listras possuem um claro propósito de deter o massivo ataque de moscas e muito provavelmente de termorregulação, os pandas-gigantes possuem o curioso padrão de coloração corporal para a função de camuflagem (natureza críptica e mecanismo disruptivo) e talvez de comunicação social.


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REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. https://www.nature.com/articles/ncomms4535 
  2. https://www.ucdavis.edu/news/wildlife-biologist-earns-his-zebra-stripes-new-book/ 
  3. http://science.sciencemag.org/content/357/6350/eaan0221 
  4. https://academic.oup.com/beheco/article-abstract/28/3/657/3058530/Why-is-the-giant-panda-black-and-white?redirectedFrom=fulltext
  5. https://www.ucdavis.edu/news/why-pandas-are-black-and-white/
  6. https://www.washingtonpost.com/news/morning-mix/wp/2017/03/06/why-are-pandas-black-and-white/
  7. https://www.worldwildlife.org/species/giant-panda
  8. http://animaldiversity.org/accounts/Ailuropoda_melanoleuca/
  9. http://www.iucnredlist.org/details/712/0
  10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19014257
  11. https://www.nature.com/articles/s41598-018-27637-1
  12. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0210831
  13. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00222933.2019.1607600
  14. Cairo et al. (2021). The giant panda is cryptic. Scientific Reports, 11, 21287. https://doi.org/10.1038/s41598-021-00742-4