NATUREZA
Os primeiros vertebrados a caminhar em nosso planeta podem ter feito isso nas profundezas do grande oceano, milhões de anos antes de seus parentes posteriores fazerem a transição para a terra.
Em 2018, os cientistas ficaram chocados ao encontrar o pequeno peixe raia (Leucoraja erinacea) e alguns tubarões basais foram capazes de pisá-lo ao longo do fundo do oceano usando muitos dos mesmos circuitos neurais que usamos para andar hoje.
Geralmente, acredita-se que os vertebrados só aprenderam a andar quando começaram a evitar o mar em direção à costa, há cerca de 380 milhões de anos. Mas outros modelos baseados no pequeno peixe-raia – um dos animais mais primitivos com espinha dorsal – sugerem uma origem muito mais profunda, possivelmente há mais de 400 milhões de anos.
Usando dados de vídeo publicados sobre a dinâmica de fuga desta criatura bentônica, os matemáticos desenvolveram um modelo para investigar como os primeiros movimentos semelhantes a pernas podem ter evoluído no fundo do mar.
O modelo simples que eles criaram prevê o tipo de caminhada mais eficiente, controlado e equilibrado em um ambiente com flutuabilidade neutra: O melhor resultado requer um padrão alternado de pé esquerdo-pé direito muito semelhante ao gingado do patinho.
Além do mais, esse tipo de caminhada não requer nenhum custo energético extra e pode ser reforçado com o tempo usando um esquema de aprendizado simples.
“No contexto do nosso modelo, esses resultados sugerem que, apesar do vasto espaço de solução de andamentos, uma estratégia de controle bípede alternado esquerda-direita pode e será descoberta e é a solução ideal para locomoção com eficiência energética”, escrevem os autores do estudo.
Encontrar um exemplo do mundo real desse organismo antigo é semelhante a descobrir uma “agulha em um palheiro”, a equipe admite, mas eles dizem que apenas pernas rudimentares seriam necessárias para atingir esse padrão de posicionamento do pé. Depois que essas nadadeiras parecidas com pés evoluíram, a criatura ancestral precisaria ganhar apenas um controle neuronal mínimo sobre seus membros novos e aprimorados.
Após quatro episódios de aprendizagem no modelo, uma estratégia de locomoção unilateral começou a surgir. Após 200 episódios, um padrão de caminhada de duas pernas assumiu o controle. No 600º episódio, a criatura modelada começou a alternar entre os passos esquerdo e direito.
Executando cerca de 50 instâncias de aprendizagem para 5.000 episódios, incluindo vários parâmetros de aprendizagem e recompensas, os autores descobriram que a melhor solução corresponde ao andar do patinho em 70 por cento de todos os casos.
Esta estratégia de controle simples sugere que andar no fundo do mar é um comportamento robusto e eficiente semelhante ao andar passivo, como o brinquedo furtivo que “desce” uma encosta sem a necessidade de um controle complexo, apenas a gravidade.
O patinho, é claro, não é um arrastador totalmente passivo. Suas células cerebrais ainda controlam seis músculos para o movimento, mas os autores dizem que esse sistema explora os mesmos princípios de um passivo: “Locomoção sustentada sob uma fonte de energia constante sem controle de feedback.”
Os autores não têm certeza de por que o patininho desenvolveu uma caminhada lenta no fundo do mar, mas eles sugerem que é mais eficiente e econômico do que nadar em um ritmo semelhante. Mais estudos metabólicos na criatura do fundo do mar precisarão verificar essa ideia.
Às vezes, na natureza, o pequeno patim usa ambas as pernas ao mesmo tempo para “dar um punt” para a frente e rapidamente iniciar seu padrão de andar da esquerda para a direita. Este tipo de movimento não foi encontrado no modelo, mas os autores acham que pode ser favorecido quando uma aceleração mais rápida é necessária e a eficiência energética não é tão importante. Este punt incomum requer um pouco mais de trabalho.
“A combinação de um ambiente confiável de baixa gravidade e uma morfologia de corpo com pernas pode muito bem ter ajudado a pavimentar o caminho para andamentos bípedes antes que nossos ancestrais aquáticos fizessem a transição para terra firme”, diz o matemático aplicado Lakshminarayanan Mahadevan da Universidade de Harvard.
“À medida que nossos ancestrais faziam a transição para a terra, a estratégia de controle provavelmente se tornava mais complexa. Mas em ambientes homogêneos confiáveis, como o fundo do mar, talvez uma estratégia simples fosse tudo o que fosse necessário.”
Para complementar esse modelo teórico, os pesquisadores até construíram um robô bípede simples com base em condições semelhantes de mar profundo. No final, o comportamento desse robô mostrou semelhanças impressionantes com o andador ideal de seu modelo. Seu padrão regular de passos não requer energia extra e ondula em ambos os lados do corpo para estabilidade.
O robô, porém, tende a andar um pouco mais rápido do que o que se vê no patininho.
Os autores admitem que podem nunca saber exatamente como surgiu o primeiro andar, mas seu modelo ajuda a refinar parte da dinâmica passiva e dos circuitos neurais vistos nos organismos vivos.
“Entender como o cérebro, o corpo e o ambiente funcionavam juntos em ambientes aquáticos e terrestres heterogêneos provavelmente precisava incluir feedback proprioceptivo”, sugerem os autores.
“Mas em ambientes homogêneos confiáveis, talvez a estratégia simples quantificada aqui foi onde tudo começou.”
Publicado em 21/03/2021 01h10
Artigo original:
Estudo original: