Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/80473
Type: Tese
Title: Modulação espectral da resposta fototática desencadeada por duas vias neurais paralelas no cérebro da abelha
Other Titles: Spectral modulation of the phototactic response triggered by two parallel neural pathways in the honeybee brain
Authors: Amanda Rodrigues Vieira
First Advisor: Theo Rolla Paula Mota
First Co-advisor: Jerome Paul Armand laurent Baron
First Referee: Andrá Gustavo de Oliveira
Second Referee: Maristela de Oliveira Poletini
Third Referee: Dora Selma Fix Ventura
metadata.dc.contributor.referee4: Michael Hrncir
Abstract: A fototaxia positiva é uma resposta comportamental de orientação em direção à luz presente em diversos animais. Considerada um comportamento inato e geralmente estereotipado, pouco se sabe ainda sobre os processos neurais envolvidos nesta resposta. A abelha Apis mellifera apresenta forte fototaxia positiva, presente em situações como a saída da colmeia, o escape, a decolagem de flores e a navegação. Estudos demonstraram que as reações fototáticas da abelha são ativadas por luzes em uma ampla faixa do espectro compreendido entre o ultravioleta (UV) e o verde-amarelo. Diferente da visão de cores, que permite diferenciar comprimentos de onda independentemente de sua intensidade, a atração fototática de abelhas parece depender principalmente da intensidade luminosa, sem evidências claras de processamento cromático. Enquanto a ampla sensibilidade espectral da fototaxia positiva do UV ao verde sugere a participação dos três tipos de fotorreceptor de abelhas (S, M e L - com picos de absorção em ~350 nm, ~440nm e ~535nm), a aparente falta de processamento cromático levou alguns autores a sugerirem a possibilidade de que nem todos os fotorreceptores estejam envolvidos nesta resposta comportamental. Além disso, não sabemos como duas vias neurais paralelas originadas de dois tipos de órgão visual presentes em abelhas, os olhos compostos e os ocelos, participam e interagem nesta resposta visuomotora. Esta tese buscou preencher estas lacunas através de análises das trajetórias fototáticas desencadeadas por luzes monocromáticas seletivas para cada tipo de fotorreceptor (S, M ou L), apresentadas no escuro em diferentes níveis de irradiância para abelhas submetidas aos seguintes tratamentos: 1- olhos compostos ocluídos, 2- ocelos ocluídos, 3- nenhuma oclusão (controle). O espectro de cada estímulo foi calibrado de forma precisa por espectroradiometria. As imagens gravadas no escuro por câmera de infravermelho foram analisadas em MATLAB, sendo extraídas as seguintes métricas de cada trajetória realizada pela abelha em direção ao estímulo luminoso em uma arena circular: distância, tempo, ângulo de desvio/frame. Diferentes comprimentos de onda, estimulando diferentes canais fotorreceptores da abelha, modularam de forma distinta a resposta de fototaxia em cada grupo experimental. A irradiância luminosa também influenciou parâmetros motores da resposta fototática, sendo esta modulação significativamente diferente entre distintos comprimentos de onda. Além disso, ficou clara na análise de todos os parâmetros a participação diferenciada das vias Ocelar e Óptica na orientação fototática positiva de abelhas. Também realizamos experimentos em labirinto Y utilizando estímulos luminosos monocromáticos e policromáticos em testes de orientação fototática a fim de comparar o tipo de processamento fototático em cada via. Nossos resultados sugerem que a fototaxia em abelhas Apis mellifera apresenta processamento linear e não-linear, havendo particularidades no processamento neural de cada via visual. A via Óptica apresenta processamento linear e não-linear, sendo a faixa espectral relacionada ao tipo de processamento e a via Ocelar apresenta marjoritariamente processamento não-linear.
Abstract: Positive phototaxis is a behavioral response of orientation towards light which is present in many animals. Considered an innate and usually stereotyped behavior, little is known about the neural processes underlying such response. The honeybee, Apis mellifera, presents strong positive phototaxis during situations such as leaving the hive, escaping, taking off from flowers and navigation. Previous studies have shown that the phototactic response of bees is activated by lights within a wide range of the spectrum between ultraviolet (UV) and yellow-green. Unlike color vision, which allows differentiating the wavelengths regardless of their intensities, the phototactic attraction of bees seems to depend mainly on light intensity, with unclear evidence for chromatic processing. While the broad spectral sensitivity of the positive phototaxis from UV to green suggests the participation of all three types of bee’s photoreceptors (S, M and L - with absorption peaks at ~350nm, ~440nm and ~535nm), the apparent lack of chromatic processing has led some authors to suggest the possibility that not all photoreceptors are involved in this behavioral response. In addition, we do not know how two parallel neural pathways originating from two types of visual organs present in bees - the compound eyes and the ocelli - participate and interact in this visuomotor response. Our aim was to fill those gaps through analysis of the phototactic trajectories triggered by monochromatic lights selective for each type of photoreceptor (S, M or L), presented in the dark at different levels of irradiance to bees submitted to the following treatments: 1- compound eyes occluded, 2- ocelli occluded, 3- no occlusion (control). The spectrum of each stimulus was precisely calibrated by spectroradiometry. The images recorded in the dark by an infrared camera were analyzed in MATLAB, and the following metrics were extracted from each trajectory performed by the bees toward the light stimulus in a circular arena: distance, time, deviation angle/frame. Distinct wavelengths, stimulating different photoreceptor channels of the bees, differently modulated the phototactic response in each experimental group. Light irradiance also influenced some motor parameters of the phototactic responses and this modulation was significantly different between different wavelengths. We also performed Y-maze experiments using monochromatic and polychromatic light stimuli in phototactic orientation tests in order to compare the type of phototactic processing in each pathway. Our results suggest that phototaxis in Apis mellifera bees presents linear and non-linear processing, with particularities in the neural processing of each visual pathway. The optical pathway presents linear and non-linear processing, with the spectral range related to the type of processing and the ocellar pathway mainly presents non-linear processing.
Subject: Fisiologia
Fototaxia
Abelhas
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA E BIOFÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Fisiologia e Farmacologia
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/80473
Issue Date: 18-Dec-2023
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