Samuel Hulse, candidato a doctorado en la UMBC, pasó mucho tiempo en zancudas durante los últimos dos años. Pasó de un arroyo a otro por el este de los Estados Unidos, recolectando cuidadosamente especímenes vivos de peces pequeños y coloridos de agua dulce conocidos comodardos y tomar fotos de sus hábitats. Luego los llevó de vuelta al laboratorio para capturar imágenes de alta calidad de sus patrones de coloración.
Hulse desarrolló un análisis cuantitativo y preciso de esos patrones visuales, como rayas, manchas y varias miradas moteadas. Su trabajo muestra, por primera vez, una fuerte correlación entre los patrones complicados en los peces machos y las variables altamente variables de los pecesentornos. Los resultados se publicaron hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
Estos hallazgos representan una expansión importante de una teoría en la selección sexual conocida como "impulso sensorial", que enfatiza cómo el entorno de un animal puede influir para qué señales sexuales, como los patrones visuales, se seleccionan con el tiempo
progreso de conducción
Hasta ahora, el impulso sensorial ha explicado con éxito ejemplos como la coloración en cíclidos, un grupo de peces de agua dulce en África. Hulse estaba trabajando para ampliar esta investigación.
Diferentes especies de cíclidos viven a diferentes profundidades, y los colores que los peces pueden ver fácilmente a medida que profundiza y hay menos luz. ¿Por qué importa esto? La idea del impulso sensorial es que los animales perciben señales visuales, como los colores,como más atractivos cuando son más fáciles de procesar para sus cerebros. Y qué señales son más fáciles de procesar depende del medio ambiente. Cuando los peces machos se perciben como más atractivos, es más probable que se reproduzcan, y es más probable que sus colores seanpasó a la próxima generación de peces. Por lo tanto, si la teoría del impulso sensorial es cierta, eventualmente, la mayoría de los peces machos tendrán colores que los compañeros percibirán fácilmente en su entorno particular.
En peces cíclidos, "ves este cambio dependiente de la profundidad en los colores masculinos a medida que profundizas", dice Hulse. Con el nuevo trabajo, "pudimos ampliar esta teoría para explicar rasgos más complicados, como lo visualpatrones ", como rayas y manchas.
Usando las matemáticas para entender la biología
Hulse, que también está tomando cursos para una maestría en matemáticas en UMBC, aportó sus habilidades cuantitativas a esta investigación. Utilizó una medida llamada análisis de Fourier para examinar sus imágenes de peces, observando las variaciones en el contraste de color.
Por ejemplo, si mirara una foto de una colina cubierta de hierba bajo un cielo azul brillante, el mayor contraste en brillo sería entre las áreas grandes arriba y debajo de la línea del horizonte. Ese contraste es en una escala mayor que ladiferencias en el brillo entre, por ejemplo, pequeñas briznas de hierba. Las diferencias entre cada brizna son pequeñas, pero ocurren con frecuencia en toda la imagen.
El análisis de Fourier puede traducir los patrones de contraste de una imagen en un conjunto representativo de ondas sinusoidales y coseno matemáticas. Las ondas de baja frecuencia, que solo se mueven hacia arriba y hacia abajo una o dos veces en toda la imagen, representan diferencias a gran escala, comoarriba y abajo del horizonte: las ondas de alta frecuencia se deslizan hacia arriba y hacia abajo muchas veces a través de una imagen y representan diferencias a pequeña escala, como entre las hojas de hierba.
Los investigadores pueden observar las relaciones entre esas ondas: cuánto contraste de alta frecuencia versus baja frecuencia hay en la imagen. El trabajo de Hulse analizó esa medida para examinar la relación visual entre un hábitat y los peces que vivían en élY, efectivamente, sus cálculos revelaron una fuerte correlación, proporcionando evidencia del impulso sensorial en los dardos masculinos.
Más allá de la "terminología floja"
Un argumento en contra de la idea de que estos patrones son atractivos para las hembras es la idea del camuflaje. ¿No tendría sentido que los animales igualen los patrones visuales de su entorno para evitar ser comidos en lugar de atraer a las hembras?presión de depredación, entonces, dice Hulse, es un punto válido.
Sin embargo, el hecho de que descubrió que solo los peces machos coinciden con su entorno es un fuerte argumento a favor del impulso sensorial. Los depredadores no discriminan entre machos y hembras, por lo que esperaría que las hembras también coincidan con su entorno si el camuflaje fuera elrazón.
"Describir cuantitativamente los patrones visuales es un gran desafío, y no hay una manera fácil de hacerlo, por lo que poder usar herramientas como el análisis de Fourier es maravilloso", dice Hulse. "Eso realmente nos permite cuantificar algunas de estas cosas que tienenhistóricamente ha sido muy difícil de describir, excepto con terminología deslucida ".
sincronización perfecta
Tamra Mendelson, profesora de ciencias biológicas, es asesora de Hulse y coautora del nuevo artículo. Acababa de comenzar a formular las ideas para esta investigación con el ecologista visual Julien Renoult, un colega del Centro Nacional de Investigación Científica CNRS. en Montpellier, Francia, y otro coautor, cuando Hulse se unió a su laboratorio en 2016.
"Julien me había inspirado a tomar conceptos de un campo llamado estética empírica humana, que es la base matemática y biológica de la apreciación humana del arte, y aplicarlos a la apreciación de los animales por otros animales", dice Mendelson. "Estaba súperemocionado por eso, pero no tenía las habilidades matemáticas para realmente llevarlo tan lejos como pudiera ".
Entonces, cuando llegó Hulse, "Fue una combinación perfecta. Sam es el estudiante ideal para hacer este proyecto".
Hulse también pasó varios meses en Francia trabajando con Renoult para resolver algunos de los desafíos estadísticos del trabajo, que fueron muchos ". El análisis de datos se volvió mucho más complicado de lo que pensábamos, y hubo muchos inconvenientes técnicos", Dice Hulse." Así que fue realmente genial poder estar allí trabajando directamente con Julien, que tiene muchos antecedentes con este tipo de métodos ".
uniéndolo todo
Hulse se sintió atraído por este trabajo por la combinación única de habilidades que requiere. "Me encanta su naturaleza interdisciplinaria. Estamos uniendo biología de campo, biología sensorial, un poco de neurobiología y análisis de imágenes", dice."Esa es una de las cosas más atractivas de este proyecto para mí: cuánto puedo aprender y cuánto puedo sacar pequeños pedazos de diferentes áreas".
Ahora, Hulse, Mendelson y Renoult están entusiasmados de ver hacia dónde conduce su nuevo trabajo. "No hay mucha teoría en la selección sexual que pueda usarse para explicar por qué ves un patrón evolucionar en un animal donde ves un diferenteuno evoluciona en una especie estrechamente relacionada ", dice Hulse.
Los nuevos hallazgos abren la puerta a mucha más exploración con diferentes especies, incluidos los animales que viven en la tierra. En cualquier grupo de animales que dependa de la visión, tenga entornos visualmente distintos y donde los animales tengan preferencias de hábitat distintas, argumenta Hulse,"esta teoría debería sostenerse"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland, condado de Baltimore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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