Espécies de abelhas veem o mundo de maneiras surpreendentemente diferentes, e compreender isso pode inspirar novas tecnologias

Há muito tempo uma espécie de abelha é considerada um parâmetro de referência para o desempenho visual: o zangão da abelha melífera (Apis mellifera).

Essas abelhas machos desenvolveram olhos altamente especializados para detectar as rainhas durante os voos de acasalamento. Eles são extraordinariamente sensíveis a minúsculos objetos em movimento com menos de meio grau de diâmetro. Em termos humanos, isso equivale a avistar uma pessoa a mais de 250 metros de distância.

As abelhas melíferas têm dominado as pesquisas sobre a visão das abelhas há mais de um século. Mas alguns dos desempenhos visuais mais impressionantes medidos em nosso novo estudo vieram de espécies solitárias, raramente estudadas.

Enquanto as abelhas melíferas vivem em colônias enormes, a maioria das demais espécies de abelhas é solitária, e por isso elas precisam fazer tudo sozinhas: encontrar alimento, localizar parceiros e abastecer seus ninhos. Em termos de visão, várias das espécies solitárias que pesquisamos superaram as operárias das abelhas melíferas em diversos aspectos, incluindo a nitidez das imagens formadas por seus olhos.

Compreender como essas diferentes soluções evolutivas funcionam é importante para muito mais do que apenas entender a biologia das abelhas. Isso pode fornecer ideias para tecnologias inspiradas na natureza, desde sensores visuais até robôs autônomos.

As muitas adaptações dos olhos das abelhas

Com mais de 20.000 espécies em todo o mundo, as abelhas apresentam uma diversidade extraordinária em termos de estilo de vida, tamanho corporal e papel ecológico. Algumas vivem em ambientes abertos; outras se alimentam em vegetação densa ou sob luz fraca ao amanhecer, ao entardecer e até mesmo à noite.

Essa diversidade notável nos levou a fazer a seguinte pergunta: como os olhos das abelhas se adaptaram a estilos de vida e exigências visuais tão diferentes?

As abelhas enxergam o mundo por meio de olhos compostos, formados por milhares de minúsculas lentes. Essas estruturas de aparência peculiar são suas principais ferramentas para se orientar, localizar flores e identificar pontos de referência importantes.

Nosso novo estudo sobre algumas espécies de abelhas ativas durante o dia mostra que mesmo abelhas com olhos de aparência semelhante podem alcançar um desempenho visual impressionante de maneiras surpreendentemente diferentes.

As abelhas-cardadoras machos (Anthidium manicatum), por exemplo, passam grande parte do dia patrulhando territórios e perseguindo rivais ou possíveis parceiras pelo ar. Essa abelha leva a nitidez visual ao limite com seus fotorreceptores excepcionalmente pequenos, que minimizam o desfoque óptico. Em contraste, os zangões da abelha melífera desenvolveram lentes grandes que maximizam a sensibilidade.

Já a australiana abelha-de-faixa-azul (Amegilla) consegue detectar pequenos objetos e enxergar imagens nítidas com a mesma eficácia, mesmo sem recorrer a nenhuma dessas estratégias extremas. Em vez disso, ela alcança um desempenho visual semelhante usando uma combinação diferente de design óptico e amostragem.

Vistos de fora, os olhos dessas abelhas parecem todos muito semelhantes. Mas, quando observamos mais de perto, descobrimos que o tamanho de seus sensores visuais (fotorreceptores) diferia bastante.

Essas estruturas sensíveis à luz são um pouco como os pixels da câmera de um smartphone. Elas ficam atrás das minúsculas lentes oculares das abelhas, convertendo a luz em sinais elétricos. Pixels maiores captam mais luz, melhorando a sensibilidade, enquanto os menores podem ajudar a preservar a nitidez da imagem.

O desafio — tanto para os projetistas de smartphones quanto para a evolução — é equilibrar essas demandas conflitantes.

Descobertas inesperadas

A análise da anatomia nos mostra como o olho é construído, mas não qual é o seu desempenho. Para responder a essa pergunta, fizemos registros diretamente dos fotorreceptores individuais em abelhas vivas.

Utilizamos microeletrodos de vidro com pontas de apenas algumas dezenas de nanômetros de largura — milhares de vezes mais finas que um fio de cabelo humano. Pela primeira vez nessas espécies, isso nos permitiu medir os minúsculos sinais elétricos que células isoladas produzem quando as abelhas viam objetos minúsculos em uma tela de computador.

Nossos resultados revelaram algo inesperado. A diminuta abelha-de-faixa-azul australiana não tem os olhos enormes de um zangão de abelha melífera, mas atingiu um nível semelhante de sensibilidade em seus fotorreceptores.

À primeira vista, isso pode parecer paradoxal. Como olhos de abelhas construídos de maneiras tão diferentes podem apresentar desempenho tão semelhante?

A resposta é que a evolução não busca um único projeto ideal. Diferentes espécies alcançaram um desempenho visual similar por meio de combinações distintas de projeto óptico, estrutura dos fotorreceptores e amostragem visual.

Nossas descobertas mostram por que é importante olhar além de um punhado de espécies conhecidas. Ao estudar uma gama mais ampla de abelhas, podemos compreender melhor como os diferentes sentidos evoluíram, levando a uma variedade de soluções adaptativas.

Isso vale não apenas para a visão, mas também para outras características, incluindo a forma como as abelhas respondem a estresses ambientais, como ao calor e à exposição a pesticidas.

Inovações evolutivas únicas

Por meio de nossa pesquisa, estamos apenas começando a compreender as formas notavelmente diferentes que as abelhas desenvolveram para enxergar o mundo.

Diferentes espécies de abelhas desenvolveram soluções distintas para os desafios de enxergar seu mundo. Por exemplo, a abelha-de-faixa-azul australiana é uma polinizadora por vibração, capaz de fazer as flores vibrarem para liberar pólen de uma forma que as abelhas melíferas não conseguem. Isso a torna uma polinizadora potencialmente valiosa para culturas agrícolas, como o tomate na Austrália, onde as abelhas sem ferrão como as brasileiras mamangabas não estão naturalmente presentes.

Soluções evolutivas tão diversas também podem se revelar úteis para os engenheiros. Os projetistas de câmeras, robôs e veículos autônomos enfrentam muitos dos mesmos desafios que as abelhas: como coletar informações visuais suficientes mantendo os sensores pequenos, eficientes e acessíveis.

As abelhas e outros insetos têm sido uma fonte frutífera de inspiração para sistemas de visão artificial. Em nosso trabalho anterior, desenvolvemos modelos computacionais baseados no processamento do movimento de alvos por insetos que se mostraram tão robustos quanto soluções alternativas de engenharia, com grandes benefícios em termos de eficiência de processamento.

Agora, adaptamos esses modelos em um robô autônomo capaz de perseguir alvos em movimento em cenários naturais e até mesmo em drones voadores autônomos.

Infelizmente, à medida que a diversidade de abelhas diminui em todo o mundo, existe o risco de perdermos não apenas espécies, mas também as inovações evolutivas únicas que levaram milhões de anos para se desenvolver.

Elisa Rigosi recebe financiamento do The Swedish Research Council (Vetenskapsrådet).

David O'Carroll recebe financiamento do The Swedish Research Council (Vetenskapsrådet) e do The Australian Research Council.

Por David O'Carroll, Professor of Sensory Biology, Department of Biology, Lund University. Artigo originalmente publicado em The Conversation Brasil sob licença Creative Commons BY-ND 4.0.