Memória espacial e aprendizado em borboletas neotropicais
Animals that encounter a certain degree of variation throughout their lives should benefit from the ability to learn and memorize where and when to find food. Although it is clear that learning and memory are important for navigation, habitat exploration, and memorization of landmarks in many spe...
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| Autor principal: | |
|---|---|
| Outros Autores: | |
| Formato: | doctoralThesis |
| Idioma: | pt_BR |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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| Assuntos: | |
| Endereço do item: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49909 |
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Heliconius Cognição Memória espacial Fidelidade de habitat Pontos de referência Aprendizado social CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA |
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Heliconius Cognição Memória espacial Fidelidade de habitat Pontos de referência Aprendizado social CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA Moura, Priscila Albuquerque de Memória espacial e aprendizado em borboletas neotropicais |
| description |
Animals that encounter a certain degree of variation throughout their lives should
benefit from the ability to learn and memorize where and when to find food. Although
it is clear that learning and memory are important for navigation, habitat exploration,
and memorization of landmarks in many species of insects, these behaviours and their
neural basis are largely well studied in social insects. Neotropical butterflies of the
genus Heliconius (Heliconiinae, Nymphalidae) are emerging system for the study of
learning, memory, and adaptive brain elaboration. Many of their unique ecological and
behavioural characteristics (pollen feeding, limited home range, trap-lining behaviour,
nocturnal gregarious roosting sites) suggest that spatial memory in particular may be
essential for their survival and reproduction, particularly linked to the recognition of
long-distance visual stimuli, as landmark-learning is thought to play a central role in
navigation during foraging. In this context, this doctoral research aims to answer the
central question “Is there evidence spatial memory in Heliconius butterflies?”
Therefore, in chapter one, we use a mark-release-recapture experiment to test
whether individuals of two Heliconius species exhibit true site fidelity. We further test
this fidelity by measuring flight orientation during a translocation experiment, and by
recapturing translocated butterflies to identify whether individuals return to their site of
origin. We found that 214 non-translocated butterflies display extreme stability in site
choice, and 144 translocated butterflies consistently return to their site of origin, rapidly
orientating towards their home site upon release. This suggests site fidelity in
Heliconius is not solely explained by low dispersal but is a response to the distribution
and stability in ecological resources. In chapter two, we found experimental evidence
for spatial learning in a foraging context at different spatial scales (9m2 e 100m2). In
chapter three, we used a set of three experiments to test for evidence of spatial
learning associated with the presence of landmarks. We tested whether they learned
to find food in an experiment where (1) the location of both the reward and the landmark
is fixed; (2) the location of both changes throughout the experiment; and (3) the location
of both is fixed, but in an experimental cage with covered walls to avoid interference
from external visual cues. We found that butterflies learn the location of the reward
when it is predictable (fixed), regardless of the presence of landmarks, and that
learning appears to be aided by the use of external visual cues. In chapter four, we
provided new evidence contrary to the long-standing hypotheses that Heliconius butterflies may use social information to learn the location of new resources. We found
that experimental butterflies from two groups with demonstrator butterflies with
different colour preferences presented a similar learning rate, demonstrating that
learning of a foraging task is not facilitated in a social context. This supports the
contention that foraging decisions in Heliconius butterflies are influenced by innate
biases and individual experience, rather than social information from conspecifics.
Finally, in chapter five, we aimed to test the existence of enhanced spatial memory in
Heliconius, and its association plasticity in the mushroom bodies (MBs) - high-order
multi-sensory integration centres implicated in associative learning and attention in
insects - by conducting a comparative analysis of size and structural differences in the
MBs of two species of Heliconius raised under different environmental complexity
scenarios. In a spatial learning task, we found that butterflies raised in a more complex
environment easily navigate in a simpler environment. However, due to travelling
restrictions during the COVID-19 pandemics, we were unable to perform MBs
dissections and subsequent analysis. |
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Cardoso, Márcio Zikan |
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ri-123456789-499092024-03-19T04:03:43Z Memória espacial e aprendizado em borboletas neotropicais Moura, Priscila Albuquerque de Cardoso, Márcio Zikan https://orcid.org/0000-0002-3338-515X http://lattes.cnpq.br/5268532646093421 http://lattes.cnpq.br/6310990045769627 Castro, Erika Cristina Pinheiro de Ger, Kemal Ali Gilbert, Lawrence E. Montgomery, Stephen Hugh Heliconius Cognição Memória espacial Fidelidade de habitat Pontos de referência Aprendizado social CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA Animals that encounter a certain degree of variation throughout their lives should benefit from the ability to learn and memorize where and when to find food. Although it is clear that learning and memory are important for navigation, habitat exploration, and memorization of landmarks in many species of insects, these behaviours and their neural basis are largely well studied in social insects. Neotropical butterflies of the genus Heliconius (Heliconiinae, Nymphalidae) are emerging system for the study of learning, memory, and adaptive brain elaboration. Many of their unique ecological and behavioural characteristics (pollen feeding, limited home range, trap-lining behaviour, nocturnal gregarious roosting sites) suggest that spatial memory in particular may be essential for their survival and reproduction, particularly linked to the recognition of long-distance visual stimuli, as landmark-learning is thought to play a central role in navigation during foraging. In this context, this doctoral research aims to answer the central question “Is there evidence spatial memory in Heliconius butterflies?” Therefore, in chapter one, we use a mark-release-recapture experiment to test whether individuals of two Heliconius species exhibit true site fidelity. We further test this fidelity by measuring flight orientation during a translocation experiment, and by recapturing translocated butterflies to identify whether individuals return to their site of origin. We found that 214 non-translocated butterflies display extreme stability in site choice, and 144 translocated butterflies consistently return to their site of origin, rapidly orientating towards their home site upon release. This suggests site fidelity in Heliconius is not solely explained by low dispersal but is a response to the distribution and stability in ecological resources. In chapter two, we found experimental evidence for spatial learning in a foraging context at different spatial scales (9m2 e 100m2). In chapter three, we used a set of three experiments to test for evidence of spatial learning associated with the presence of landmarks. We tested whether they learned to find food in an experiment where (1) the location of both the reward and the landmark is fixed; (2) the location of both changes throughout the experiment; and (3) the location of both is fixed, but in an experimental cage with covered walls to avoid interference from external visual cues. We found that butterflies learn the location of the reward when it is predictable (fixed), regardless of the presence of landmarks, and that learning appears to be aided by the use of external visual cues. In chapter four, we provided new evidence contrary to the long-standing hypotheses that Heliconius butterflies may use social information to learn the location of new resources. We found that experimental butterflies from two groups with demonstrator butterflies with different colour preferences presented a similar learning rate, demonstrating that learning of a foraging task is not facilitated in a social context. This supports the contention that foraging decisions in Heliconius butterflies are influenced by innate biases and individual experience, rather than social information from conspecifics. Finally, in chapter five, we aimed to test the existence of enhanced spatial memory in Heliconius, and its association plasticity in the mushroom bodies (MBs) - high-order multi-sensory integration centres implicated in associative learning and attention in insects - by conducting a comparative analysis of size and structural differences in the MBs of two species of Heliconius raised under different environmental complexity scenarios. In a spatial learning task, we found that butterflies raised in a more complex environment easily navigate in a simpler environment. However, due to travelling restrictions during the COVID-19 pandemics, we were unable to perform MBs dissections and subsequent analysis. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Animais que encontram um alto grau de variação ao longo de suas vidas devem se beneficiar da habilidade de aprender e memorizar onde e quando encontrar alimento. Apesar de estar claro que o aprendizado e a memória têm um papel importante na navegação, na exploração do habitat e no reconhecimento de pontos de referência em diversas espécies de insetos, tais comportamentos e sua base neural são estudados sobremaneira em insetos sociais. Borboletas do gênero Heliconius (Heliconiinae, Nymphalidae) compreendem um sistema emergente para o estudo de aprendizado, memória e elaboração adaptativa cerebral. Muitas de suas características ecológicas e comportamentais (área de vida limitada, forrageamento linha-de-captura, formação de dormitórios gregários noturnos) sugerem que a memória espacial pode ser essencial para sua sobrevivência e reprodução, podendo estar ligada ao reconhecimento de estímulos visuais a longa distância, uma vez que o aprendizado de pontos de referência parece ter um papel central na navegação durante o forrageamento. Diante disso, a presente pesquisa de doutorado espera responder a questão central “Há evidência de memória espacial em Heliconius?”. Para tanto, no primeiro capítulo, evidenciamos a ocorrência de fidelidade de habitat e percepção espacial em duas espécies de Heliconius. Através de um experimento de marcação-soltura-recaptura, recapturamos todas as 214 borboletas em seus respectivos sítios de origem, evidenciando uma estabilidade extrema na área de vida dessas espécies. Ademais, em um experimento em que deslocamos 144 borboletas para uma matriz de habitat e medimos sua orientação de voo, encontramos que as borboletas recapturadas retornam aos seus sítios de origem, orientando-se rapidamente em direção aos mesmos. Logo, a fidelidade de habitat pode ser explicada não somente pela baixa dispersão de movimento, mas também como uma resposta à distribuição e estabilidade de recursos ecológicos. No segundo capítulo, observamos a ocorrência de aprendizado espacial, relacionado à presença de recursos alimentares, em experimentos em diferentes escalas espaciais (1m2, 9m2 e 100m2). No terceiro capítulo, testamos se há evidência de aprendizado espacial associado à presença de pontos de referência. Em uma série de três experimentos com 169 borboletas, testamos se as mesmas aprendiam onde encontrar alimento em um experimento em que (1) a localização tanto da recompensa quanto do ponto de referência é fixa; (2) a localização de ambos muda ao longo do experimento, embora estejam associados um a outro; (3) a localização de ambos é fixa, porém em gaiola experimental com paredes cobertas para evitar a interferência de informações visuais externas à gaiola. Encontramos que as borboletas aprendem a localização do alimento quando o mesmo é previsível (fixo), independentemente do uso de pontos de referência, e que tal aprendizado parece ser auxiliado por pistas visuais externas. No quarto capítulo, testamos se há aprendizado social na exploração de recursos alimentares. Aqui, borboletas experimentais observaram borboletas demonstradoras em um experimento com flores de duas cores distintas. Em um grupo, as demonstradoras tinham preferência por uma das cores. No outro, as demonstradoras não tinham qualquer preferência. Encontramos que as borboletas experimentais de ambos os grupos aprenderam igualmente, o que, provavelmente, mostra que o aprendizado nesse grupo ocorre através da experiência individual e não através de pistas sociais de conspecíficos. Por fim, no quinto capítulo, buscamos investigar a influência da complexidade ambiental no desenvolvimento dos corpos pedunculados – estruturas cerebrais relacionadas à aprendizagem associativa e à atenção em insetos, bem desenvolvidas em Heliconius, e que podem ser a adaptação-chave cerebral para uma memória espacial guiada pela visão. Aqui, realizamos um experimento com 85 borboletas criadas em um ambiente de complexidade ambiental simples e complexa. Em um teste de aprendizado espacial, evidenciamos que borboletas criadas em um ambiente com maior complexidade têm maior facilidade em navegar em ambientes mais simples. Entretanto, devido a restrições de viagem durante a pandemia de COVID-19, não foi possível realizar as análises cerebrais das borboletas. 2023-10-02 2022-11-25T23:04:30Z 2022-07-20 doctoralThesis MOURA, Priscila Albuquerque de. Memória espacial e aprendizado em borboletas neotropicais. Orientador: Márcio Zikán Cardoso. 2022. 152f. Tese (Doutorado em Ecologia) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49909 pt_BR Acesso Embargado application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA |