Prevendo o desempenho de animais migratórios ingênuos, de muitos erros a si mesmo

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 1058 (2022) Cite este artigo

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A orientação migratória de muitos animais é hereditária, permitindo que indivíduos inexperientes (ingênuos) migrem independentemente usando uma bússola geomagnética ou celestial. Permanece sem solução como migrantes ingênuos chegam a destinos remotos de forma confiável, às vezes corrigindo erros de orientação ou deslocamento. Para avaliar o desempenho migratório ingênuo (chegada bem-sucedida), simulamos e avaliamos os cursos da bússola propostos para diversas populações migratórias aéreas, contabilizando efeitos de geometria esférica, precisão da bússola, transferências de sinalização (por exemplo, bússola de sol para estrela) e variabilidade geomagnética. Formulamos como os rumos da bússola solar com compensação de tempo parcialmente se autocorrigem, de acordo com a atualização dos relógios internos. Para as migrações de longa distância simuladas, os cursos da bússola solar com compensação de tempo são mais robustos a erros e se assemelham mais a rotas conhecidas. Para migrações noturnas de curta distância, os cursos geomagnéticos ou estrela-bússola são mais robustos, devido a não exigirem transferências noturnas. Nosso estudo preditivo fornece uma base para a avaliação da migração ingênua baseada na bússola e nos mecanismos de autocorreção, e apóia a orientação da bússola do sol crepuscular sendo a chave para muitas migrações inaugurais de longa distância.

As migrações sazonais de animais evoluíram entre táxons em escalas espaciais que vão de metros a continentes1. Um fator crítico ainda não resolvido para populações migratórias é como indivíduos inexperientes (doravante, ingênuos) podem realizar migrações inaugurais através de habitats desconhecidos em condições imprevisíveis. Pensa-se que os migrantes experientes realizam uma verdadeira navegação, ou seja, acessam um sentido do mapa para estimar a direção dos destinos migratórios2,3,4. Entre táxons aquáticos e terrestres migratórios, as rotas de migração são muitas vezes transmitidas culturalmente por coortes experientes, por meio de sugestões coletivas e sociais5,6. No entanto, muitos migrantes aéreos ingênuos completam suas jornadas para destinos remotos específicos da população (doravante, áreas-alvo) de forma independente2,7. Entre os migrantes de longa distância, isso é tipicamente alcançado em sequências de voos diários ou noturnos dirigidos (doravante, etapas de vôo), intercaladas por períodos de escala prolongada (doravante, escala)7,8,9. Acredita-se que migrantes ingênuos que viajam de forma independente realizam tais façanhas seguindo direções migratórias herdadas, redeterminadas no início de cada passo de voo usando várias bússolas migratórias geofísicas2,10. No entanto, até que ponto esses cursos de bússola (muitas vezes denominados migração de relógio e bússola na literatura) podem reproduzir com segurança os padrões de migração observados permanece incerto11,12,13,14.

Com base principalmente em indivíduos cativos, pássaros e insetos ingênuos, mas prontos para a migração, mostraram se orientar consistentemente em relação a sinais direcionais geomagnéticos e celestes2,10,15. Por exemplo, as aves migratórias podem identificar inatamente o eixo geomagnético Norte-Sul e distinguir o Norte magnético (N) do Sul (S) usando a inclinação geomagnética (a inclinação vertical do campo geomagnético, para baixo no Hemisfério N). Ao contrário da bússola geomagnética, a capacidade de manter direções preferenciais em relação ao sol e às estrelas precisa ser aprendida antes da migração6,7. A bússola aviária identifica N ou S geográficos através do centro de rotação celeste (15° por hora no sentido horário), mas não responde a mudanças de relógio naturais ou experimentais, ou seja, não é compensada no tempo16,17. No entanto, mesmo fora do domínio da migração, muitos insetos18,19 e pássaros20,21 usam uma bússola solar com compensação de tempo, obtida rastreando o ângulo de azimute do sol, ou seja, a projeção horizontal do arco diário do sol no céu (teorias anteriores propondo a navegação de pássaros com base na altitude do sol não é suportada16,21). A compensação de tempo com base no azimute do sol envolveria taxas angulares diferenciais de ajuste ao longo do dia (por exemplo, é mais rápido ao meio-dia) e também variaria entre as estações e latitudes22,23. No entanto, os sinais solares podem potencialmente funcionar como uma bússola limitada no tempo, ou seja, em períodos mais curtos do dia20. Uma vantagem potencial da compensação de tempo perto do nascer ou do pôr do sol é que o azimute do sol se move ao longo do horizonte quase na mesma velocidade angular ao longo do ano (ou seja, varia apenas com a latitude)22. Com o sol e as estrelas frequentemente obscurecidos pelo clima ou topografia, talvez não seja surpreendente que muitos migrantes aéreos também possam se orientar usando padrões de luz polarizada24,25, que é menos obscurecida por nuvens15,26. As bandas de intensidade máxima de luz polarizada são, de fato, perpendiculares ao azimute do sol durante o nascer e o pôr do sol, cuja média foi proposta como uma forma de os migrantes identificarem o eixo N-S geográfico24,27.

3.7, circular length > 0.85; see Supplementary Fig. 1 and Note 1)53. For error scenarios with multiple components, we also describe directional precision among flight-steps using the normal approximation \({\sigma }_{A+B}=\sqrt{{\sigma }_{A}^{2}+{\sigma }_{B}^{2}}\) (which also becomes poorer for σ > 30°; see Supplementary Fig. 1 and Note 1)./p>

3.7, circular length > 0.85), TCSC courses were feasible across longer longitudinal migration distances compared with other courses (especially magnetoclinic courses; Fig. 5a), and also outperformed fixed sun compass and magnetoclinic routes across their limited ranges (Fig. 5b–e). However, particularly for migration at mid-latitudes, cue-transferred TCSC courses lose their self-correcting advantage relative to non-transferred loxodromes, which they only outperform across longer-distance routes and with compass precision within ~15° (Fig. 5d)./p>

3.7, circular length > 0.85) is supported by nightly concentrations in flight direction among radar measurements of nocturnally migrating birds40,66. Increased benefits from more frequent than the hourly cue maintenance used in our simulations are presumably limited by motion and cue-related effects (Supplementary Fig. 1c). Evidence of larger variability in migratory directions en route11,12,36 likely relates in part to responses and adaptations to external environmental factors./p> 1) and nonexistent for North–South headings (G = 1, reflecting no longitude bands being crossed). We expected this factor to affect compass courses differentially according to their error-accumulating or self-correcting nature./p> 0 self-correction, and s represents a modulating exponential damping factor, consistent with the limiting circular-uniform case (as κ → 0, i.e., \({\sigma }_{{{\mathrm {step}}}}\to \infty\)), where no (timely) convergence of heading is expected with an increasing number of steps./p>