Como funciona a ecolocalização de morcegos

Morcegos são animais vertebrados noturnos que usam como principal sistema de orientação um sofisticado sonar biológico – a ‘ecolocalização’. Emitindo sinais de alta frequência e captando o eco gerado por eles em diferentes obstáculos, os morcegos são capazes de se localizar espacialmente no escuro e de interagir com o ambiente, seja para obter alimento ou procurar abrigo.

Este artigo explica o funcionamento básico da ecolocalização, apresenta as peculiaridades desse sistema e discute suas vantagens e desvantagens para esses mamíferos voadores.

Um dos mitos mais comuns que envolvem os morcegos é o de que tais animais são cegos. Na verdade, eles não são cegos: têm olhos funcionais, como a maioria dos mamíferos, e algumas espécies enxergam relativamente bem.

Entretanto, a visão não é o melhor método de orientação para animais noturnos, como os morcegos. Para contornar esse problema, eles utilizam um sistema de emissão e recepção de sons conhecido como ‘ecolocalização’, que lhes permite uma orientação mais eficaz no escuro, mesmo durante o voo.

A partir do eco desses sons, ou seja, da sua reflexão em obstáculos de todo tipo, desde construções e árvores até pequenos insetos e mesmo fios elétricos, os morcegos conseguem saber sua posição no espaço à sua volta e com isso podem interagir com o ambiente.

Para os humanos, seria como atravessar rapidamente uma sala escura e mobiliada sem bater em nada, utilizando apenas os ecos gerados pela voz como referencial de distância até os móveis. Golfinhos, baleias e algumas espécies de esquilos e pássaros também usam a ecolocalização, mas nos morcegos e golfinhos esse sistema atingiu maior grau de sofisticação.

Nem todos os morcegos utilizam a ecolocalização. Esse sistema de orientação é encontrado em todas as espécies da subordem Microchiroptera (cerca de 850), um dos dois grandes grupos em que se dividem os morcegos.

Na outra subordem, Megachiroptera, que reúne em torno de 150 espécies da África, da Ásia e da Oceania, apenas uma (Rousettus aegyptiacus) comprovadamente usa a ecolocalização – os demais megaquirópteros dependem principalmente da visão.

Para as espécies que usam a ecolocalização, diferenças na duração e na intensidade entre o sinal emitido e seu eco carregam as informações necessárias para que eles consigam, por exemplo, desviar de obstáculos ou encontrar alimento e abrigo. Experimentos em laboratório mostram que, em total escuridão, algumas espécies conseguem detectar esferas de 19 mm de diâmetro a 5 m de distância (ver ‘Decifrando o mistério’).

Características do som, como a frequência, a intensidade e a audibilidade são muito importantes para a ecolocalização. A frequência, quantidade de ondas sonoras que passa em um ponto durante determinado intervalo de tempo, é em geral medida em hertz (1 Hz corresponde a uma onda por segundo).

Sons de alta frequência seriam parecidos com os de um violino, enquanto os de baixa frequência seriam próximos aos de um contrabaixo. Por definição, sons acima de 20 mil Hz (ou 20 kHz) são chamados ultra-sônicos, pois estão acima da capacidade ‘normal’ da audição humana, que varia de 40 Hz até 20 kHz.

Os sons de alta frequência têm comprimentos de ondas mais curtos que os de baixa frequência. Isso tem uma importante implicação para a ecolocalização, pois ecos de sons de alta frequência podem permitir uma informação mais detalhada sobre um objeto.

Entretanto, esse tipo de som é absorvido mais rapidamente pela atmosfera, o que reduz a distância em que seu uso é eficaz para detectar objetos. Por esse motivo, a ecolocalização ‘funciona’ apenas a curtas distâncias. Dos morcegos que a usam, a maioria emite sinais entre 20 kHz e 100 kHz, mas há espécies com emissões próximas de 10 kHz e outras que alcançam cerca de 200 kHz.

A audibilidade é uma medida de percepção que reflete o modo como um sinal sonoro é ouvido. Já a intensidade é a quantidade de energia do som, em geral medida em decibéis (dB).

Certas espécies de morcegos emitem sinais com cerca de 110 dB, medidos a 19 cm da boca do animal. Esse sinal pode ser mais intenso que uma sirene de ambulância. Mesmo assim, não podemos escutar um sinal de ecolocalização como esse, enquanto uma sirene próxima é um som bastante alto para nossos ouvidos – o exemplo ilustra a diferença entre audibilidade e intensidade: nem todos os sons intensos são audíveis.

Veja também O Reino Animal – Resumo – filos características.

Outra característica dos sinais produzidos pelos morcegos é que normalmente são de curtíssima duração, cerca de alguns milésimos de segundos, ou milissegundos (ms).

Ao detectar uma presa, o morcego geralmente diminui o intervalo entre os sinais emitidos, para que os ecos produzidos tragam mais informações em menos tempo. Algumas espécies, durante essa operação, podem emitir 200 sinais por segundo, cada um com uma fração de milissegundos de duração.

As diferenças na ecolocalização

Os sinais sonoros emitidos por morcegos apresentam diferenças em relação ao local onde são produzidos (na laringe ou na boca), à intensidade do sinal (forte ou fraco) e à maneira como o eco é detectado (separação por tempo ou por frequência).

Todos os microquirópteros produzem seus sinais na laringe, através da vibração das cordas vocais pela passagem do ar. Por isso, seus sinais são considerados vocalizações e a frequência do sinal emitido é regulada de acordo com a tensão das cordas vocais (alterada pela maior ou menor contração dos músculos da laringe).

Já o megaquiróptero Rousettus aegyptiacus produz sinais através de estalidos da língua contra o céu da boca, o que não é considerado uma vocalização. A espécie, como os demais megaquirópteros, é capaz de produzir vocalizações, mas não para fins de ecolocalização.

Os sinais produzidos podem ser de alta ou baixa intensidade. Os estalidos de R. aegyptiacus e os sinais de várias outras espécies são de baixa intensidade – têm cerca de 60 dB, medidos a 10 cm do animal. Isso equivale a uma pessoa falando baixo ao nosso ouvido.

Os sinais de alta intensidade – produzidos, por exemplo, por espécies da família Molossidae – são em geral acima de 100 dB (a 10 cm da boca do animal), o que equivale a alguém gritando ao nosso ouvido. A maior intensidade já registrada para uma espécie de morcego é de 125 dB. Como os sons de alta frequência são rapidamente absorvidos pela atmosfera, em alguns casos o eco pode ser até 90% mais fraco que o sinal que o gerou.

Os ecos também podem ser atenuados em função da textura e do formato do alvo. Para captar esses ecos, os morcegos precisam de uma audição muito sensível.

No entanto, a combinação de audição sensível com sinais sonoros de alta intensidade representa um problema: ao serem emitidos, os sinais poderiam deixar os morcegos temporariamente surdos, prejudicando a recepção do eco.

Para contornar o problema, esses animais podem separar sinais e ecos através do intervalo de tempo entre a emissão daqueles e a captação destes ou através da diferença entre a frequência em que o sinal é emitido e a frequência do eco.

Decifrando o mistério

Os primeiros estudos sobre a capacidade de orientação dos morcegos datam ao final do século 18, quando o naturalista italiano Lazzaro Spallanzani (1729-1799) e o médico e zoólogo suíço Louis Jurine (1751-1819) realizaram uma série de experimentos com esses animais.

Em 1793, Spallanzani observou que morcegos e corujas conseguiam desviar de obstáculos ao voar em uma sala iluminada por velas, mas, apagadas as velas, só os morcegos voavam sem esbarrar em nada. Para ter certeza de que não usavam a visão, ele repetiu o experimento com animais artificialmente cegados e verificou que estes mantinham tal habilidade.

Spallanzani concluiu que a visão não era essencial na orientação dos morcegos, mas seus estudos não deixaram claro como os morcegos se desviavam dos objetos em total escuridão (ou cegos).

Na mesma época, em Genebra, Jurine descobriu que, obstruindo as orelhas dos morcegos com tampões de cera, eles ficavam totalmente desorientados.

Spallanzani já havia tentado um experimento semelhante, mas não tampara bem os ouvidos dos morcegos. Sabendo dos resultados de Jurine, usou tampões mais eficazes, repetiu a experiência e constatou que assim os animais não conseguiam se desviar dos objetos. Com isso, confirmou que a audição, e não a visão, era fundamental na orientação dos morcegos.

Por mais de um século, vários pesquisadores abordaram o que ficou conhecido como ‘o problema de Spallanzani’, mas suas conclusões (e as de Jurine) não eram aceitas.

Em 1912, após o naufrágio do Titanic, e para evitar tragédias semelhantes, o inventor norte-americano Hiram Maxim (1840-1916) propôs, baseado no sistema usado pelos morcegos para desviar de objetos no escuro, a construção de um aparelho que detectasse obstáculos no mar. O funcionamento desse sistema ainda não estava bem esclarecido e Maxim postulou que os mor-

cegos usavam sons de baixa frequência. O ‘sonar’ (o aparelho proposto) surgiu durante a Primeira Guerra Mundial, quando foi usado para detectar submarinos, e em 1920 demonstrou-se que sons de alta frequência eram mais adequados à detecção de objetos.

No final dos anos 30, o biofísico norte-americano Donald Griffin (1915-), ainda como aluno da Universidade de Harvard, comprovou, usando microfones capazes de captar ultra-sons, que algumas espécies de morcegos emitiam constantemente pulsos de sons de alta frequência durante o vôo. Ele também descobriu que, ao se aproximarem de obstáculos, esses morcegos emitiam mais pulsos em intervalos menores de tempo.

Griffin repetiu e aperfeiçoou os experimentos de Spallanzani e deu ao sistema de orientação espacial adotado pelos morcegos o nome de ecolocalização (echolocation, em inglês).

Até os anos 50, a ecolocalização era considerada um eficiente método para evitar colisões, mas não se imaginava que podia ser usada na captura de presas. No entanto, ao estudar o comportamento de morcegos na natureza, instalando seus equipamentos em um lago onde diversos deles buscavam alimento, Griffin percebeu que o mecanismo era usado ativamente para detectar e capturar insetos.

Nos morcegos que fazem a separação por tempo, o sinal é geralmente emitido em frequência modulada (FM), ou de ‘banda larga’ – nesse caso, a frequência do sinal varia entre o começo e o final da emissão, como nas espécies Saccopterix bilineata, Rhynchonycteris naso, Noctilio albiventris e em outras do gênero Myotis.

Estudos mostram que certas espécies têm adaptações no ouvido médio que lhes permitem reduzir a sensibilidade auditiva alguns milissegundos antes da emissão do sinal. Com isso, o morcego consegue registrar o sinal emitido, para poder compará-lo ao eco que será formado, sem ficar temporariamente surdo.

Pouco após a emissão, os músculos do ouvido médio relaxam, restaurando a capacidade auditiva e permitindo que o morcego capte o eco, mesmo que seja mais fraco.

Já as espécies que separam o eco por sua frequência (Pteronotus parnellii, por exemplo) normalmente emitem sinais de frequência constante (FC) ou de ‘banda estreita’. Tais morcegos conseguem emitir sinais e ouvir ecos ao mesmo tempo.

Algumas espécies com sinais do tipo FC usam o chamado efeito Doppler (alteração ocorrida na frequência em função do movimento do obstáculo onde o som é refletido, gerando o eco).

Esse efeito é o mesmo que faz com que o som da sirene de uma ambulância pareça mais intenso à medida que ela se aproxima de nós e menos intenso à medida que se afasta. Assim, os ecos recebidos por um morcego que se aproxima de um inseto parado terão uma frequência maior que a do sinal que o gerou. Se o inseto estiver se aproximando do morcego, a frequência será maior ainda.

Outro problema é a possível sobreposição entre o sinal emitido e seu eco. Como a velocidade do som é de 340 m por segundo, o eco de um objeto a 1 m de distância retornará 5,9 ms após a emissão do sinal. Se o sinal for mais longo do que 5,9 ms, então o morcego começará a escutar o eco antes que a emissão termine. Isso poderá confundi-lo, interferindo na clara determinação do alvo.

Morcegos que utilizam sinais do tipo FM geralmente emitem um sinal curto, aguardam o eco, calculam a distância para o objeto que o gerou, emitem novo sinal para atualizar a informação, aguardam o novo eco, e assim sucessivamente. Sinais

do tipo FC são geralmente mais longos (10 a 50 ms), mas o eco recebido tem frequência diferente, o que permite sua identificação mesmo que a emissão ainda não tenha terminado. Quando uma presa é localizada, porém, essas espécies também diminuem a duração e o intervalo entre os sinais para conseguir uma informação mais precisa sobre a localização do alvo.

Existem também diferenças quanto ao local por onde os sinais são emitidos. Na maioria das espécies, eles são emitidos pela boca, exigindo que os animais voem com a boca aberta. Certas famílias de morcegos, como Phyllostomidae, porém, emitem os sinais pelas narinas e, portanto, podem manter a boca fechada no vôo. Tais morcegos quase sempre apresentam elaboradas estruturas ao redor das narinas, as folhas nasais, que estão associadas à emissão dos sinais.

Vantagens e desvantagens do sistema

A ecolocalização permite que os morcegos sejam ativos durante a noite e explorem ambientes como cavernas e áreas escuras, não acessíveis a animais que têm a visão como principal meio de orientação.

Com isso, os morcegos diminuem a competição por abrigo e minimizam o risco de ataques de predadores. O sistema também permite aos morcegos acesso a recursos alimentares de difícil obtenção apenas com o uso da visão à noite, como pequenos insetos voadores ou, no caso dos morcegos-pescadores, peixes na superfície de um lago.

Já os morcegos que se alimentam de frutos, néctar e pólen não dependem tanto da ecolocalização para a busca desses recursos. Há evidências de que essas espécies têm um sistema de ecolocalização menos preciso que o das que capturam insetos em pleno vôo.

Para as espécies frugívoras, outros sentidos, como o olfato e a visão, parecem agir em combinação com a ecolocalização, e várias são atraídas pelo odor liberado por frutos maduros.

Um experimento recente mostrou que certas flores polinizadas por morcegos apresentam pétalas modificadas, que funcionam como um amplificador de sinais de ecolocalização: essas estruturas intensificam o eco dos sons emitidos pelo morcego, agindo como um ‘guia acústico’ para a localização da flor.

Como a ecolocalização é um sistema acústico, uma de suas desvantagens é a de que o sinal usado para a orientação está disponível para quem puder recebê-lo. Assim, um morcego que se alimenta em uma determinada área pode ser localizado por outros através dos sinais que produz. Outra implicação é que os sinais podem tornar o morcego evidente, atraindo predadores e alertando as presas.

Outra questão interessante é: o sinal de um morcego interfere na ‘navegação’ de outro? Geralmente não, pois o eco é comparado com a ‘voz’ que o gerou. Além disso, algumas espécies alteram a frequência, a intensidade ou o intervalo de seus sinais ao perceber que outras espécies estão usando a mesma área. Já nas situações onde milhares de morcegos estão juntos, como em cavernas, eles costumam utilizar a memória espacial, ‘desligando’ temporariamente seus ‘sonares’.

Especificidade e plasticidade dos sinais

Os sinais usados pelos morcegos carregam diferentes informações, em função de suas características acústicas e da resposta neuronal que cada um gera. Sinais de banda estreita (FC) permitem melhor definição do formato e tamanho de um alvo, mas não fornecem com precisão a distância (localização espacial).

Graças ao efeito Doppler, esses sinais permitem detectar objetos que, por suas características, geram ecos mais fracos. Já os sinais de banda larga (FM) favorecem a localização espacial do alvo e também carregam melhor informação sobre sua textura. Esses sinais, porém, não são eficientes para a detecção de objetos que geram ecos fracos.

Os morcegos têm um comportamento dinâmico e executam diversas funções ao mesmo tempo, podendo empregar não apenas um tipo de sinal, mas uma combinação deles. Essa plasticidade dos sinais permite que determinadas espécies possam usar mais de um ambiente ou, ainda, que se alimentem de mais de um tipo de presa.

As espécies que se alimentam em espaços totalmente abertos, como a área acima da copa das árvores, geralmente empregam sinais do tipo FC, com longa duração e longo intervalo entre os sinais. Já as que buscam alimento nas bordas de vegetação e clareiras (gênero Myotis), ou na superfície de rios e lagoas (como R. naso e N. albiventris), emitem quase sempre sinais do tipo FM, com intervalo mais curto entre eles e grande variação de frequência.

Os morcegos que procuram suas presas em ambientes de vegetação (dentro da mata, por exemplo) podem apresentar uma variedade maior de sinais. Eles usam tanto sinais FC, mais longos e de frequência média ou alta, quanto FM, com ampla variação de frequência e de estrutura mais complexa (várias notas harmônicas estão presentes).

Por tudo isso, não se assuste na próxima vez em que um morcego vier voando em sua direção. Lembre-se de que você está diante de um pequeno animal que utiliza um complexo e fascinante sistema de navegação. Fique tranqüilo: graças à eficiência desse sistema, é muito provável que, antes que você perceba o morcego, ele já o terá ‘detectado’ e se desviará facilmente.