UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL
MARCOS SOARES JUNIOR
A INTERAÇÃO DA VIDA COM O GEODÍNAMO PLANETÁRIO:
UMA VISÃO SOBRE INSETOS SOCIAIS
DOURADOS – MS
2008
1
MARCOS SOARES JUNIOR
A INTERAÇÃO DA VIDA COM O GEODÍNAMO PLANETÁRIO:
UMA VISÃO SOBRE INSETOS SOCIAIS
Trabalho de Conclusão de
Curso de Física para
obtenção do titulo de
Licenciatura em Física da
Universidade Estadual de
Mato Grosso do Sul.
Professor Orientador: Antonio Cesar Aguiar Pinto - UEMS
Professor co-orientador: Rogério Silvestre - UFGD
DOURADOS – MS
2
2008
MARCOS SOARES JUNIOR
A INTERAÇÃO DA VIDA COM O GEODÍNAMO PLANETÁRIO:
UMA VISÃO SOBRE INSETOS SOCIAIS
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao
curso de Física, como requisito à obtenção do
Titulo de Licenciado em Física da Universidade
Estadual de Mato Grosso do Sul, submetida à
aprovação da banca examinadora composta
pelos seguintes membros:
__________________________________
Prof. Antonio Cesar Aguiar Pinto
__________________________________
Prof. Emerson Canato Vieira
__________________________________
Profa. Luana Vieira
__________________________________
Prof. Rogério Silvestre
Dourados-MS, 10 de novembro de 2008
3
Aos meus pais, Noemia Jacob Soares e
Marcos Soares.
4
A liberdade, ao meu amor e aos meus
amigos.
5
AGRADECIMENTOS
A Gáia.
A Ciência.
A Vida.
6
Hay que endurecerce, pero sin, perder la ternura
jamás.
(Che Guevara)
7
RESUMO
Os efeitos magnéticos são conhecidos pelos homens a cerca de 3000 anos e inúmeras
foram suas aplicações diante da história. Tratado ora como místico e curador - o poder
de atração dos materiais magnéticos - seus efeitos sobre os organismos vivos foram
descritos durante anos através de um empirismo fácil e não factual. Com a Nova
Ciência implantada, seus estudos são direcionados de forma gradativa para idéias mais
racionais, dando assim mais suporte para a junção de duas ciências: a Física e a
Biologia. Neste trabalho, apresentaremos uma breve discussão sobre a evolução dos
conceitos físicos acerca do magnetismo e como ocorreu a união entre o tema e a
biologia. Inicialmente serão tratados os conceitos de materiais magnéticos e o campo
geomagnético, ao final, abordaremos como se dá a orientação de alguns insetos através
deste.
PALAVRAS-CHAVE: História e desenvolvimento da ciência, magnetismo e evolução,
campo geomagnético, insetos sociais.
8
SUMÁRIO
RESUMO
1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................9
2. HISTÓRICO .............................................................................................................11
2.1. Velha ciência............................................................................................................11
2.2. Nova ciência.............................................................................................................12
3. MAGNETISMO NOS MATERIAIS.......................................................................18
3.1. Magnetização e Suscetibilidade magnética..............................................................18
3.2. Momentos magnéticos atômicos..............................................................................21
4. FASES MAGNÉTICAS............................................................................................23
4.1 Diamagnetismo..........................................................................................................23
4.2. Paramagnetismo........................................................................................................23
4.3. Ferromagnetismo......................................................................................................24
5. CAMPO GEOMAGNÉTICO...................................................................................27
5.1. Ampère e a origem do magnetismo terrestre............................................................27
5.2. Formação do campo geomagnético..........................................................................29
6. ORIENTAÇÃO MAGNÉTICA...............................................................................33
6.1. Insetos sociais e sua interação com o campo geomagnético....................................33
6.1.1. A ecologia do insetos sociais.....................................................................33
6.1.1 Níveis de organização social.......................................................................34
6.1.2. Formigas....................................................................................................36
6.1.3. Abelhas......................................................................................................38
DISCUSSÃO..................................................................................................................43
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFÍCAS........................................................................44
9
1- INTRODUÇÃO.
Os estudos sobre as propriedades magnéticas da matéria estão divididos em duas
vertentes no decorrer da história: uma primeira, na qual o magnetismo foi interpretado
como algo surreal, em que o poder de agir à distância e dar movimento a coisas
inanimadas foi atribuído a propriedades milagrosas; e outro, no qual o pensamento
cientifico esta mais evoluído e concreto, tratando as propriedades do magnetismo agora
não como algo sublime, mais sim, um fenômeno natural que pode ser descrito pelos
mecanismos das ciências físicas.
Primeiramente, daremos ênfase neste trabalho de conclusão de curso à “velha
ciência”, marcada pelo seu misticismo e crendices, acerca das propriedades magnéticas
e como estas interagem com os organismos vivos e depois entraremos na “nova
ciência”, marcada pelo surgimento da experimentação e de conceitos mais definidos.
Abordaremos ainda, como a biologia evoluiu juntamente com os conceitos do
magnetismo.
O trabalho inicialmente irá abordar a temática filosófica empregada por alguns
pensadores como Platão, Aristóteles, Lucrecio, dentre outros, que abordaram o tema
magnetismo com o empirismo fácil. Neste momento, temos a primeira aproximação dos
temas magnetismo e biologia, com Paracelsus.
Após a primeira abordagem onde introduzimos a velha ciência passaremos a
reconhecer um novo modelo para as abordagens cientificas, tanto físicas quanto
biológicas, marcada pelo surgimento da nova ciência que rompe as fronteiras do
pensamento científico da época. Falaremos das propriedades magnéticas da matéria no
capítulo 3 e suas fases de magnetização em meios materiais: diamagnetismo,
paramagnetismo e ferromagnetismo no capitulo 4.
Continuando a linha de desenvolvimento desse trabalho, será introduzido, no
capítulo 5, o conceito do campo geomagnético, desde Gilbert até a sua atual hipótese
ontogênica. É neste contexto que surge a mais recente aproximação entre a Biologia e o
magnetismo, através de estudos focados na influência do campo geomagnético sobre o
comportamento de animais. No capitulo 6, veremos como o campo geomagnético
10
influencia o comportamento de alguns himenópteros, tais como as abelhas e formigas.
No capitulo 7, apresentaremos nossas conclusões sobre este trabalho.
11
2- HISTÓRICO
2.1. Velha ciência
Data de cerca de 3000 anos, o primeiro contato que o homem teve com as
propriedades magnéticas da matéria. A magnetita, pedra que era encontrada em grandes
proporções na província de Magnésia na Ásia menor impressionou muito
significativamente o homem.
Devido ao seu poder de agir à distância, a magnetita despertou também durante
toda história moderna o interesse de muitos pesquisadores. Os chineses, já por volta de
1100 a.C, conheciam as propriedades da agulha magnética que sempre apontava ao
norte; entretanto, um dos primeiros a descrever os fenômenos magnéticos foi Platão
(427-347 a.C.). Com seu modo filosófico e poético de descrever os fenômenos naturais,
Platão fez uma analogia entre o poeta, que tem como sua musa a sua fonte inspiradora e
esta não perde o seu poder de inspirá-lo, e a magnetita, que não perde o seu poder diante
do ferro mesmo depois de atraí-lo inúmeras vezes.
Aristóteles (384-322 a.C.) em seu “Tratado sobre a alma”, provavelmente
embasado nas idéias de Tales de Mileto (625-558 a.C.), faz menção sobre ao poder
maravilhoso que esta pedra exercia sobre os objetos inanimados, ao dar vida para o
ferro, da mesma forma que a alma exerce sobre os animais.
Lucrécio (98-55 a.C.), um dos primeiros a defender a idéia filosófica de átomo, tentou
explicar a forma de atuação da força à distância da magnetita sobre o ferro, no livro
VI de seu Tratado-Poema “Da Natureza”. Para ele, os átomos do material magnético,
por alguma propriedade especial, expulsariam o ar presente entre eles e o ferro de
modo que este seria empurrado, pelo ar atrás dele, em direção à magnetita.
(FERNANDES E SANCHEZ, 2001).
Um avanço importante no estudo do magnetismo foi feito por Pelerin de Maricourt
(1240-?), também conhecido como Petrus Peregrinus, baseado na experimentação1.
Ele escreve, em 1269, a sua Epístola sobre o Ímã, onde descreve as propriedades e os
efeitos dos ímãs naturais e parece ter sido o primeiro a utilizar a expressão pólo para
O aparato experimental consistia em magnetitas esféricas dispostas em várias regiões onde ele
traçou o que conhecemos hoje como linha de campo.
1
12
se referir a um pólo magnético, além de apresentar o primeiro método para determinar
os pólos de um ímã.[2]. (CHAIB e ASSIS, 2007).
Até aquele prezado momento, o ambiente científico era cercado pelo misticismo
e o sobrenatural ainda pairava sobre idéias dos alquimistas e, é nestas circunstâncias que
temos a primeira aproximação entre as ciências físicas e biológicas. Ainda que com um
caráter de curandeirismo os efeitos do magnetismo sobre os seres humanos foram
abordados pela primeira vez pelo suíço Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus
von Honenheim, (1490-1541), mais conhecido como Paracelsus.
Paracelsus acreditava que da mesma forma que o ferro era atraído pelos efeitos
magnéticos da matéria, os magnetos eram capazes de atrair e retirar as doenças do corpo
dos homens. Esta idéia influenciou fortemente outras mentes da ciência até o início do
século XVIII.
Em 1600, William Gilbert (1540-1603) publica seu livro “De Magnete”, onde
faz analogia dos pólos de um imã aos da Terra, tratando a Terra como um “grande imã”.
Após este trabalho, Galileu Galilei (1546-1642) inaugura a nova ciência, abandonando o
empirismo fácil, trazendo a ciência para a parte experimental e racional.
2.2. Nova ciência
Até este momento, não havia nenhuma relação entre o magnetismo e a
eletricidade, porém Gilbert observou que vários materiais imitavam o efeito produzido
pelo âmbar. No ano de 1729, Stepher Gray descreve a existência de dois tipos de
materiais que reagem à eletricidade, os condutores e os isolantes. Quatro anos depois
em 1733, Charles Du Fay (1698 -1739) propõe a existência de dois tipos de carga.
Apesar de muitos pensadores discutirem a existência de uma relação entre o
magnetismo e a eletricidade, nada de concreto foi formulado, pois existiam diferenças
marcantes entre as duas ciências.
O fato de peças metálicas serem magnetizadas ao cair um raio sobre elas e a mudança
da orientação das bússolas quando um raio caía próximo a elas eram fortes indícios
que geravam a suposição da conexão entre magnetismo e eletricidade. Somando-se a
tudo isso, Priestley (1733-1804) em 1767, John Robison (1739- 1805) em 1769 e
13
Coulomb (1738-1806) em 1785 anunciaram a lei do inverso do quadrado para a força
eletrostática, sendo que uma lei análoga para a magnetostática foi anunciada por
Coulomb em 1785, [3, págs. 3-5]. (CHAIB e ASSIS, 2007).
Concomitantemente, as ciências biológicas também se desenvolviam bastante.
Em 1735, o sueco Carl von Linné (1707-1776) publica seu trabalho “Sistema naturae”,
no qual propõe uma classificação dos seres vivos em categorias bem definidas. Este foi
um dos maiores momentos da história da evolução dos conceitos biológicos, da mesma
forma que Galileu, Linné cria dentro da biologia a nova ciência. Em 1809, o francês
Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) apresenta os primeiros estudos sobre a evolução.
“Lamarck foi o primeiro naturalista cujas conclusões sobre o assunto despertaram
grande atenção. Considerado celebre no assunto, publicou suas opiniões pela primeira
vez em 1801, posteriormente desenvolveu ainda mais em 1809, na sua Philosophie
Zoologique, e em 1815 na introdução da sua Historie Naturelle des Animaux. Nesses
trabalhos, Lamarck defende a tese que todas as espécies – a humana inclusive –
originam se de outras. Deve-se a ele, em primeiro lugar, o trabalho de ter despertado a
atenção da humanidade para a probabilidade de que as modificações, tanto orgânicas
quanto inorgânicas, fossem o resultado de leis e não de milagres...” (DARWIN, 1859)
A segunda aproximação entre a biologia e o magnetismo surge no início da
revolução industrial. Influenciado pelos conceitos de Paracelsus, um padre jesuíta
italiano Maximilian Hell (1720-1792), professor de Astronomia na Universidade de
Viena, cura seus pacientes com magnetos de ferro no formato da parte do corpo que não
estava bem.
No século XVIII surge, então, o mais influente “terapeuta magnético” de todos
os tempos, o médico alemão Franz Anton Mesmer (1734-1815), que elabora uma teoria
particular dos efeitos magnéticos sobre o ser vivo. Nas suas memórias ele explica:
“... certas propriedades análogas àquelas dos magnetos se revelam especialmente no
corpo humano. É possível distinguir pólos diferentes e opostos que podem ser
transformados, ligados, destruídos ou reforçados... Esta propriedade do corpo humano,
que o deixa sensível às influências dos corpos celestiais e à recíproca ação dos outros
corpos a sua volta, fez com que eu, devido à analogia com os magnetos, a denominasse
de magnetismo animal.” (FERNANDES E SANCHEZ, 2001).
14
Mesmer atribuía aos magnetos uma espécie de instrumento de condução para um
fluido universal que passava dentro dos corpos. Porém, suas idéias não foram aceitas
por muitos médicos da Europa na época. Em 1784, uma comissão foi chamada pelo rei
da França Luis XVI para avaliar seus conceitos. Após vários estudos e experimentos,
eles acabaram concluindo que o fluido proposto por Mesmer era impossível de ser
detectado. Mais uma vez a Física e a Biologia se distanciavam.
A área das ciências físicas não parava de progredir principalmente no que se
referia ao magnetismo e a eletricidade. Em 1820, foi realizada uma experiência que
mostrou que ao se passar uma corrente alternada em um fio próximo a uma bússola, a
agulha desta se defletia. Tal experimento foi feito pelo físico dinamarquês Hans
Christian Oersted (1777-1851), que o interpretou considerando que a corrente consistia
em dois fluxos de carga que se mantinham separados e se moviam em direções opostas
dentro do fio condutor. Estes fluxos de cargas se encontravam em “conflito elétrico”,
mas tal conflito se propagava para fora do fio condutor em caminhos helicoidais e que
interagia com os pólos do imã, neste caso, a agulha da bússola.
Já Jean-Baptiste Biot (1774-1862) e Félix Savart (1791-1841) interpretaram esta
experiência como uma indicação de que, a passagem de corrente pelo fio o havia
magnetizado, [5]. (CHAIB e ASSIS, 2007).
André-Marie Ampère (1775-1836) defendia a idéia de Oersted, porém em vez de
considerar a deflexão da agulha como sendo gerada pelo conflito elétrico fora do
condutor, ele propôs a idéia de correntes microscópicas dentro do condutor que se
anulavam e que geravam uma corrente superficial que era capaz de magnetizar o
condutor retilíneo2. Segue abaixo, o texto de Ampère, onde ele propõe a existência das
correntes microscópicas.
“E o sábio ilustre [H. C. Oersted.] que viu pela primeira vez os pólos de um ímã
transladados pela ação de um fio condutor em direções perpendiculares à direção do
fio, concluiu que a matéria elétrica girava em torno deste, e empurrava os pólos no
sentido de seu movimento, precisamente como Descartes girava a matéria de seus
turbilhões no sentido das revoluções planetárias. Guiado pelos princípios da filosofia
2
Uma melhor elucidação sobre corrente amperiana se dará mais a frente com mais detalhes.
15
newtoniana, reduzi o fenômeno observado pelo Sr. Oersted – como se fez com respeito
a todos os fenômenos do mesmo gênero que nos oferece a natureza – às forças agindo
sempre ao longo da reta que une as duas partículas entre as quais as forças se
exercem. E estabeleci que a mesma disposição ou o mesmo movimento da eletricidade
que existe em um fio condutor ocorre também em torno das partículas do ímã,
certamente não é para as fazer agir por impulso à maneira de um turbilhão, mas para
calcular, a partir de minha fórmula, as forças que resultam entre estas partículas e as
partículas de um condutor ou de um outro ímã – seguindo as retas que ligam duas a
duas as partículas entre as quais se considera a ação mútua – e para mostrar que os
resultados dos cálculos são completamente verificados [...]”(CHAIB E ASSIS, 2007).
Os trabalhos de Oersted e Ampère que associavam à origem do magnetismo a
partir de uma corrente elétrica instigaram Michael Faraday (1791 - 1867). Em seu
diário, em 1822, escreveu: "Converter magnetismo em eletricidade". Em 1831, realizou
uma série de experiências observando o fenômeno da indução magnética (efeito do
magnetismo na eletricidade). Finalmente, em outubro daquele ano, realizou sua mais
famosa (embora bastante simples) experiência. Construiu uma bobina enrolando um
longo fio de cobre em um cilindro oco e ligou as extremidades do fio a um
galvanômetro. Quando se inseria rapidamente um imã no cilindro, observava-se uma
deflexão na agulha do galvanômetro, quando se retirava o imã, a agulha movia-se no
sentido oposto. Obtinha-se, assim, uma corrente elétrica através da variação do fluxo
magnético. Assim, Faraday enunciou as leis da indução magnética, que proporcionaram
um grande salto na Física e uma inovação tecnológica, rapidamente explorada pelas
indústrias, através dos motores elétricos. (PAIVA, 2001)
Com a constatação
experimental dos fenômenos
eletromagnéticos,
a
preocupação de Faraday passou a ser com uma real compreensão do fenômeno. A idéia
newtoniana (e coulombiana) de ação à distância não o empolgava. Imaginava que o
espaço existente entre as cargas elétricas e os imãs deveria ser "recheado" por algo que
proporcionasse as interações então observadas. Mesmo desprovido do, a princípio
necessário, formalismo matemático, porém com espetacular intuição, dá a sua principal
contribuição teórica introduzindo a idéia de “linhas de força” que culminariam na
teoria do campo, elegantemente sintetizada por James Clerk Maxwell (1831-1879) na
nascente da nova física.
16
Em 1855, Maxwell escreveu um artigo “Sobre as Linhas de Força de Faraday”, a
respeito de eletricidade e magnetismo, desenvolvendo trabalhos anteriores de Michael
Faraday.
Maxwell iniciou sua pesquisa sobre o eletromagnetismo por meio da
comparação do escoamento de fluidos incompressíveis com os campos observados por
Faraday. Desenvolvendo após, um modelo dos fenômenos eletromagnéticos, aplicando
o conceito de campo e o de vórtices análogos aos observados nos fluidos, representando
a intensidade magnética e a corrente elétrica. Introduziria também a elasticidade no
fenômeno mostrando que ondas transversais se propagariam em termos das conhecidas
constantes fundamentais do eletromagnetismo. Maxwell fez cálculos que comprovariam
que as ondas eletromagnéticas se propagavam muito próximas à velocidade da luz. Foi
a primeira vez que ele inferiu que a luz poderia ser compreendida como ondas
eletromagnéticas transversais em um meio hipotético.
Uma analogia com o escoamento de fluidos em uma descrição puramente
matemática dos campos eletromagnéticos é formulada por Maxwell a fim de aprofundar
o estudo das ondas eletromagnéticas. No ano de 1864, ele desenvolve as equações
fundamentais do eletromagnetismo, conhecidas hoje como equações de Maxwell, desta
forma mostrando como as ondas eletromagnéticas se comportavam diante de campos
elétricos e magnéticos, oscilando em ângulos ortogonais um em relação ao outro e em
relação à direção de propagação.
Desta maneira tem-se, finalmente, uma descrição matemática e racional do
campo magnético, transformando-o em um conceito abstrato, mas com inúmeras
aplicações práticas.
Estabelecendo conceitos mais definidos, a Biologia tem mais um grande
momento com o inglês Charles Darwin (1809-1879) que publica em 1859 o seu trabalho
“A origens das espécies por meio de seleção natural”. Darwin reformula as idéias de
Lamarck sobre a evolução das espécies e se preocupa muito com a forma de orientação
das formigas e abelhas; porém, nesta época, não havia uma aproximação entre o
magnetismo e a Biologia.
Apesar de Maxwell ter descrito matematicamente o campo magnético, somente
um século mais tarde, outros encontrariam suas origens microscópicas. Destacamos
alguns, como os pioneiros: Pierre Curie (1859-1906), Paul Langevin (1872-1946), Leon
Brillouin (1889-1969), e Pierre-Ernest Weiss (1865-1940).
17
É neste contexto que surge a mais recente aproximação entre a biologia e o
magnetismo, através de estudos focados na influência do campo geomagnético sobre o
comportamento de animais. Inicialmente, no próximo capítulo, trataremos as
propriedades magnéticas da matéria, para depois entrarmos nos conceitos de campo
geomagnético e como este influencia o comportamento de alguns himenópteros.
18
3- MAGNETISMO NOS MATERIAIS
Os átomos possuem momentos dipolares magnéticos devido ao movimento de
seus elétrons e momento dipolar intrínseco associado à rotação dos elétrons. Ao
contrário do que acontece com os dipolos elétricos, o alinhamento dos dipolos
magnéticos paralelos ao campo magnético tende aumentar o campo. Longe das linhas
de campo dos dipolos, as linhas são idênticas às do campo elétrico criado por um
solenóide. Entretanto, entre as cargas do dipolo elétrico, as linhas do campo elétrico
estão em sentido oposto às do momento dipolar, enquanto as linhas de campo
magnético são paralelas ao momento magnético dipolar. Assim, dentro de um material
magneticamente polarizado os dipolos magnéticos criam um campo magnético que é
paralelo aos vetores momento magnético.
3.1. Magnetização e Suscetibilidade magnética.
Quando algum material é submetido à presença de um campo magnético forte
(como o campo magnético de um solenóide), os momentos magnéticos deste material
tendem a se alinhar. Descreve-se um material magnetizado por sua magnetização M,
como:
 dµ
M=
(momento angular líquido por unidade de volume)
dV
(1)
Ampère, muito antes de a ciência conhecer a estrutura atômica e molecular,
propôs que a magnetização era devida a espiras com correntes microscópicas dentro do
material. Por causa do cancelamento com correntes vizinhas, a corrente líquida em
qualquer ponto dentro do material é nula, deixando apenas uma corrente líquida sobre o
material.
19
Figura 1 – Corrente amperiana (TIPLER, P.A. e MOSCA, G. 2006).
A figura abaixo, mostra um pequeno disco de área A e comprimento dl .
Figura 2 – Disco de área A e comprimento dl . (TIPLER, P.A. e MOSCA, G.
2006).
Seja di , a corrente amperiana na superfície do material, o módulo do momento
magnético dipolar do disco é o mesmo de uma espira, ou seja:
dµ = Adi
(2)
Assim:
 dµ
Adi di
M =
=
=
(A/m).
dV Adl dl
(3)
20

Considerando um cilindro magnetizado uniformemente, cuja magnetização M
está paralela ao seu eixo, o efeito da magnetização seria o mesmo se o cilindro
transportasse uma corrente superficial por unidade de comprimento.
A corrente de um solenóide por unidade de comprimento é nI , onde n é o
número de voltas por unidade de comprimento e I é a corrente em cada volta. O módulo
do campo magnético Bm dentro do cilindro é;
Bm = µ 0 M
(4)
Colocando-se um cilindro de material magnético dentro de um solenóide longo
com n voltas por unidade de comprimento que transporta uma corrente I, o campo
aplicado no solenóide Bap ( Bap = µ 0 nI ) magnetiza o material e ele passa a ter uma

magnetização M . O campo magnético resultante em um ponto dentro do solenóide e
longe de suas extremidades será:
 

B = Bap + Bm
(5)
 

B = Bap + µ 0 M
(6)
Desta forma podemos definir que analisando a equação (6):
•

Para materiais paramagnéticos e ferromagnéticos, M está na mesma direção do
campo aplicado.
•

Para materiais diamagnéticos, M está no sentido oposto ao do campo aplicado.
Nos materiais paramagnéticos e diamagnéticos, a magnetização é proporcional
ao campo aplicado, desta forma a magnetização será expressa como:


Bap
M = χm
µ0
(7),
onde χ m é um número adimensional chamado suscetibilidade magnética. Portanto,
reescrevendo a equação (6) em termos da magnetização dada pela equação (7), teremos:


B = Bap + χ m Bap
(8)
21
 

B = Bap (1 + χ m ) = Bap K m
(9)
onde K m é chamada de permeabilidade relativa do material.
3.2. Momentos magnéticos atômicos.
A magnetização de um material paramagnético ou ferromagnético pode ser
relacionada com os momentos magnéticos permanentes dos átomos individuais ou dos
elétrons do material. O momento orbital de um elétron pode ser obtido
semiclassicamente considerando uma partícula de massa m e carga q se movendo com
velocidade v em um círculo de raio r. O módulo do momento angular é:
L = mvr .
(10)
Como o módulo do momento magnético é o produto da corrente pela área,
µ = IA = Iπ r 2
(11)
Se T é o tempo que a carga leva para completar uma volta, a corrente (carga
passando um ponto por unidade de tempo) é q T . Uma vez que o período é definido
como o tempo necessário para se completar um ciclo, neste caso (movimento circular),
este será dado pela razão entre o perímetro e a velocidade carga.
I=
qv
2π r
(12)
Usando as equações (11) e (12), temos que o momento magnético é:
µ =
qv
r
2
(13)
Relacionando com o momento angular (equação 10) fica:
22
µ =
1 q
L
2m
(14)
A equação (14) é a relação clássica entre momento magnético e o momento
angular. Ela também ocorre na teoria quântica do átomo para o momento angular
orbital, mas a equação não é valida para o momento angular devido à rotação intrínseca
do elétron. Como o momento angular é quantizado, o momento magnético do átomo
também é quantizado. O quantum do momento angular é o  = h / 2π , onde h é a

constante de Planck, o momento magnético será expresso em termos de L / 



1 e L
L
µ = −
= −µb
2 me 

(15)
onde me representa a massa do elétron, e sua carga e
µb=
1 e
= 5,79.10 − 5 eV / T
2 me
(16)
é a unidade quântica do momento magnético chamada de magnéton de Bohr. O

momento magnético de um elétron devido à sua rotação intrínseca S é


1 e S
µ = − 2×
2 me 
(17)


S
µ = − 2× µ b

(18)
Se todos os átomos ou moléculas possuem seus momentos magnéticos
alinhados, o momento magnético por unidade de volume do material é o produto de
moléculas por unidade de volume n e do momento magnético de cada molécula. Para
esse caso extremo, a magnetização de saturação Ms é:


M s = nµ .
(19)
23
4- FASES MAGNÉTICAS
4.1. Diamagnetismo.
Esta fase magnética corresponde ao tipo mais fraco de resposta magnética de um
sistema,
caracterizado
principalmente
por
uma
suscetibilidade
negativa3,
χ m ≈ − 10 − 5 ( SI ) , e tem o efeito de diminuir o módulo do campo no interior do material.
Esta fase está presente em todos os materiais, ou seja, todo material é diamagnético,
mas só é observada quando não existem outros tipos de comportamento magnéticos
superpostos.
Nos materiais diamagnéticos, os átomos têm momento angular total nulo,
  
J = L + S = 0 4, ou seja, não possuem momento de dipolo magnético intrínseco, já que
ele é induzido pelo campo magnético externo.
4.2. Paramagnetismo.
O paramagnetismo ocorre em materiais que possuem momentos magnéticos
intrínsecos permanentes que interagem entre eles fracamente, resultando em uma
suscetibilidade magnética χ m positiva muito pequena. Na ausência de campo
magnético, estes materiais apresentam magnetização nula, pois quando não existe
campo externo os momentos magnéticos estão orientados aleatoriamente. A aplicação
de um campo externo Bap tenderá a alinhar os dipolos na direção do campo magnético,
pois esta configuração é energeticamente favorecida, já que o mínimo de energia é

quando M e Bap estão alinhados, ficando evidente através da relação:


U = − µ mBap = µ mBap (− cos(θ )) . (21)
3
O fato de este valor ser negativo é justificado pela lei de Lenz, “quando um circuito fechado,
inicialmente sem corrente, é submetido a um campo magnético externo variável, o circuito cria
um campo contrário, devido ao surgimento de uma corrente elétrica, opondo-se a variação do
campo externo”.
4


Sendo L o momento angular orbital e S o momento de spin.
24
Por isso, os materiais paramagnéticos têm susceptibilidade magnética positiva,
com ordem de grandeza entre 10 − 5 e 10 − 3 (SI).
Mas a tendência ao alinhamento encontra oposição na agitação térmica presente
no material, assim, a susceptibilidade paramagnética deve depender da temperatura (T),
diminuindo quando esta aumenta.
O paramagnetismo pode ter diferentes origens. Para o paramagnetismo de Curie,
existe uma interação que tenta alinhar os momentos magnéticos nos átomos com o
campo magnético. A dependência com a temperatura é resultado da competição entre a
tendência que alinha os momentos paralelos ao campo e a tendência da agitação térmica
em romper este alinhamento. A dependência de 1 χ com T é linear, ou seja, χ diminui
quando T aumenta.
Quando uma pequena interação entre os momentos magnéticos de diferentes
átomos é adicionada à interação com campo magnético aplicado, temos o
paramagnetismo de Curie-Weiss. Esta interação entre os momentos (interação de troca)
pode ajudar a alinhar momentos adjacentes na mesma direção ou pode ajudar a alinhar a
vizinhança na direção oposta.
Outra forma de paramagnetismo é o de Pauli. Uma característica do
paramagnetismo de Pauli é que χ
é aproximadamente independente da temperatura e
em muitos casos tem valor muito pequeno.
4.3. Ferromagnetismo.
Elementos do grupo de transição, como o ferro, níquel e cobalto puros ou em
ligas com outros elementos, apresentam uma alta magnetização espontânea abaixo da
temperatura de Curie. O ferromagnetismo surge da forte interação entre os elétrons de
uma camada incompleta de um metal ou entre elétrons localizados que formam
momentos magnéticos, ou na vizinhança de átomos ou moléculas. Essa alta
magnetização nos materiais ferromagnéticos está relacionada ao fato destes possuírem
25
momentos de dipolo magnéticos intrínsecos que interagem altamente e se alinham
paralelamente entre si. Exemplos de elementos ferromagnéticos são: o Ferro (número
atômico 26), Cobalto (27), Níquel (28), Gadolínio (64), Térbio (65), Dyprosio (66),
Hólmio (67), Érbio (68) e Túlio (69). Nessas substâncias, um pequeno campo
magnético externo pode produzir um alto grau de alinhamento dos momentos
magnéticos dipolares. Mesmo depois de removido o campo externo, este alinhamento
pode persistir, pois os momentos magnéticos dipolares exercem forças elevadas sobre
sua vizinhança, de tal modo que uma região do espaço os momentos magnéticos são
alinhados mesmo que não exista campo. Tal região é denominada domínio magnético.
O módulo da magnetização em materiais ferromagnéticos é de várias ordens de
grandeza maior do que em materiais paramagnéticos e diamagnéticos e a sua relação

com o campo Bap não é linear.
“A curva de magnetização não depende somente do material, mas do tratamento
(térmico e magnético) a que este foi submetido, ou seja, de sua história anterior. Por
isso, costumam-se dizer que os materiais ferromagnéticos possuem memória ou uma
função memória χ
(H )
.” (PAVAN RIBEIRO, 2000)


Figura 3 – Ciclo de Histerese. ( Bap = H )
26
A figura 3 mostra um gráfico da magnetização do material M versus o campo


magnetizador Bap . Conforme o campo Bap é aplicado em um material inicialmente
desmagnetizado, este vai se magnetizando (curva pontilhada) até atingir um patamar
constante onde atinge a magnetização de saturação ( M s ) . Diminuindo o campo a partir

deste valor, M decresce mais lentamente seguindo o sentido dado pela seta até um valor
residual da magnetização para um campo nulo, chamado de magnetização remanescente
( M r ) . Invertendo o sentido do campo, segue no mesmo sentido da curva para valores

de M menores que M r até que a magnetização se anule para um determinado valor de
campo, chamado de campo coercivo ( H c ) . Se continuarmos a variar o módulo do
campo, chegaremos novamente a uma região de saturação e repetindo o ciclo no sentido
inverso obtemos uma curva fechada que é o chamado ciclo de histerese. Para um
material, como o ferro doce, em geral preparado por aquecimento até uma temperatura
elevada e seguido de resfriamento lento (processo de recozimento), também possui um
ciclo de histerese, mas a sua largura é muito pequena aparentando ser uma curva
unívoca.
A magnetização diminui com o aumento da temperatura e se anula acima de Tc ,
conforme a figura 4.
Figura 4 - Magnetização em função da temperatura.
27
5- CAMPO MAGNÉTICO DA TERRA
A existência do campo magnético da Terra, campo geomagnético, é conhecida
desde Gilbert. Em 1600, ele propôs, no seu livro De Magnete, que a Terra pudesse ser
considerada equivalente a um imã permanente. Contudo, o campo geomagnético
terrestre foi utilizado para orientação desde o tempo dos chineses e também na época
das grandes navegações.
5.1. Ampère e a origem do magnetismo terrestre
Ampère foi o primeiro a descrever cientificamente como o campo poderia ser
criado, defendendo o ponto de vista de que os efeitos magnéticos são devidos a
correntes microscópicas no interior da matéria e os efeitos do campo geomagnético
eram devidos a correntes no interior da Terra. Ampère teve que demonstrar que poderia
reproduzir os efeitos de um imã sobre outro imã e de um circuito sobre outro imã,
utilizando somente circuitos elétricos. Ampère afirma que apud (CHAIB e ASSIS,
2007) [7, págs 202-203]:
“A primeira reflexão que fiz quando desejei procurar as causas dos novos fenômenos
descobertos pelo Sr. Oersted, foi que a ordem pela qual se descobrem dois fatos não
interfere em quaisquer conclusões a que se possa chegar a partir das analogias que
eles apresentam. Podíamos supor que antes de saber que a agulha imantada assume
uma direção constante do sul ao norte tivéssemos conhecido inicialmente a
propriedade de que a agulha é girada por uma corrente elétrica em uma posição
perpendicular a esta corrente, de modo que o pólo austral da agulha fosse levado à
esquerda da corrente, e que se descobrisse posteriormente a propriedade que ela tem
de girar constantemente em direção ao norte a sua extremidade que era levada para o
lado esquerdo da corrente. A idéia mais simples e que se apresentaria imediatamente a
quem quisesse explicar a direção constante do sul ao norte, não seria supor na Terra
de uma corrente elétrica, em uma direção tal que o norte se encontrasse à esquerda de
um homem que, deitado sobre a superfície da Terra de modo a ter a face voltada para a
agulha, recebesse esta corrente indo na direção dos seus pés à sua cabeça, concluindo
28
disto que [esta corrente terrestre] ocorre de leste para oeste, em uma direção
perpendicular ao meridiano magnético?”(CHAIB e ASSIS, 2007)
Ampère suspeitou que se o campo geomagnético era gerado por correntes
elétricas, estas poderiam interagir com outro circuito. Com um aparato experimental,
Ampère tentou observar esta ação da Terra sobre um circuito dobrado em forma
helicoidal e suspenso por um eixo em seu centro passando perpendicularmente pela
hélice. O resultado foi negativo. A princípio acreditou que o problema estava no atrito
que impedia que seu instrumento girasse adequadamente. Porém ao fazer outra
experiência, com outro objetivo, deu-se conta, através de um fato inesperado, que o
tamanho da espira era o problema sobre o qual não havia pensado. Segundo Ampère,
apud CHAIB e ASSIS, 2007 [pág. 188]
“Não tive êxito nas primeiras experiências em mover o fio condutor de uma corrente
elétrica pela ação do globo terrestre. Talvez [este insucesso tenho sido causado] menos
pela dificuldade de obter uma suspensão bem móvel, do que pelo fato de, em vez de
procurar na teoria que relaciona os fenômenos magnéticos às correntes elétricas a
disposição mais favorável a este tipo de ação, eu estava preocupado com a idéia de
imitar da melhor forma possível a disposição das correntes elétricas do ímã no arranjo
das correntes sobre o qual queria observar a ação da Terra. [...] Esta idéia me impediu
de notar que não é de toda forma, mas apenas de maneira indireta, que esta ação leva
o pólo austral da agulha imantada ao norte e para baixo, e o pólo boreal ao sul e para
cima. [Esta idéia também me impediu de notar] que o seu efeito imediato é o de
colocar os planos perpendiculares ao eixo do ímã – nos quais encontram-se as
correntes elétricas de que o ímã é composto – paralelamente a um plano determinado
pela ação resultante de todas estas [correntes elétricas] de nosso globo, e que é, em
cada lugar, perpendicular à agulha de inclinação. Segue desta consideração que não é
uma linha reta, mas um plano que a ação terrestre deve imediatamente direcionar.
Assim o que precisa ser imitado, é a disposição da eletricidade seguindo o equador da
agulha imantada, equador que é uma curva entrando nela mesma e ver, em seguida, se
no momento em que uma corrente elétrica está assim disposta, a ação da Terra tende a
levar o plano onde se encontra [a corrente elétrica] em uma direção paralela à direção
para a qual ela tende a levar o equador do ímã.” (CHAIB e ASSIS, 2007)
29
“Deduzi então que multiplicando o número das espiras de que a espiral era composta,
não se aumentava desta maneira o efeito produzido pela ação da Terra, porque a
massa a ser movida aumentava proporcionalmente à força motriz. De onde concluí que
obteria mais simplesmente os mesmos fenômenos de orientação empregando, para
representar o equador de uma agulha imantada, uma só corrente elétrica que retorna
sobre ela mesma [...]. Ao mesmo tempo compreendi que a forma do circuito era
irrelevante, desde que todas as partes estivessem em um mesmo plano, dado que era um
plano que se tratava de direcionar”. (CHAIB e ASSIS, 2007)
Sendo assim, em 30 de outubro de 1820 Ampère apresenta diante da Academia
uma experiência com duas espiras grandes as quais se orientam devido à ação exercida
pela Terra. (Figura 5)
Figura 5. Experiência onde Ampère demonstra a ação da terra sobre um circuito
elétrico. (CHAIB e ASSIS, 2007)
A prova matemática de que o campo magnético observado na superfície tem
como origem fundamental a Terra (e não fenômenos externos) foi obtida por Gauss em
1838. Já nessa altura se tinha concluído que o campo geomagnético manifestava certa
variação secular.
5.2. Formação do campo geomagnético
Em meados dos anos 40 do século XX, alguns pesquisadores em física
reconheceram que são necessárias três condições básicas para gerar um campo
30
magnético no planeta. Um grande volume de um fluido eletricamente condutor, o
núcleo externo da Terra, rico em ferro, é a primeira condição. Essa camada circunda o
núcleo interno sólido, quase que na sua totalidade formada de ferro puro, estando por
baixo de mais de 2900 km de matéria sólida, formada pelo manto maciço e a crosta
ultrafina dos continentes e o fundo dos oceanos. O peso do manto e da crosta, que estão
acima, produz no núcleo pressões médias 2 milhões de vezes maiores que na superfície
do planeta. Sendo que as temperaturas do núcleo são igualmente extremas – cerca de 5
mil °C. E é essa condição para o segundo requisito do dínamo planetário: uma fonte de
energia para deslocar o fluido. Esta energia de origem térmica e química – ambas criam
flutuabilidade no fundo do núcleo externo da mesma forma que um caldeirão de sopa
fervente no fogão 5. Isso significa que o ferro quente que flutua na parte de baixo do
núcleo externo tende a subir. Há medida que quando atinge o topo do núcleo externo,
perde parte de seu calor para o manto, acima. O ferro líquido então esfria, tornasse mais
denso que o meio em volta e afunda. Este processo de transferência de calor do fundo
para o topo através do fluido que sobe e volta para baixo é chamada de convecção
térmica – a segunda condição necessária para gerar um campo magnético.
Nos anos 60 do século XX, o geofísico Stanislav Braginsky sugeriu que o calor
que escapa do núcleo também faz o núcleo interno sólido se tornar maior, assim
produzindo duas fontes extras de flutuabilidade para gerar a convecção. À medida que o
ferro líquido se solidifica, o calor latente é liberado como um subproduto. Este calor
contribui para a flutuação térmica. Compostos químicos como o sulfeto de ferro e oxido
de ferro são eliminados dos cristais do núcleo interno e sobem através do núcleo
externo, aumentando a convecção. (GLATZMAIER e OLSON, 2008)
Um outro fator para a existência do campo magnético da terra é a rotação. Com
o movimento de rotação da Terra, os fluidos ascendentes dentro do núcleo se inclinam
da mesma forma que as correntes oceânicas e as tempestades tropicais, pelo efeito
Coriolis. No núcleo, as forças de Coriolis fazem o fluido subirem ao longo de um
caminho helicoidal. O geodínamo pode se manter por bilhões de anos, porque a Terra
tem estas três condições básicas para isso: o núcleo externo líquido rico em ferro, com
energia suficiente para gerar a convecção e as forças de Coriolis para o fluido
convectivo ser defletido.
5
Neste caso o fundo do caldeirão é muito mais quente que o topo, causando a convecção.
31
Embora o campo magnético produzido pelo dínamo seja muito denso somente
cerca de 1% da energia magnética do campo deixa o núcleo. Quando medida na
superfície a estrutura dominante do campo é chamada de Dipolo, que durante a maior
parte do tempo está alinhado com o eixo de rotação da Terra. Como um imã em barra
comum, o fluxo magnético primário deste campo se dirige para fora no hemisfério sul e
para dentro do núcleo no hemisfério norte. Mas o fluxo não é distribuído
uniformemente por todo o globo, sendo que a maior parte da intensidade total do dipolo
se origina abaixo da América do Norte, da Sibéria e da costa da Antártida.
Um dos cientistas do Max Planck Institute For Solar Sisten Research, Urrich R.
Christensem, sugere em seus estudos que estes padrões podem aparecer e desaparecer,
em períodos de milhares de anos e originam os padrões de convecção em constante
evolução dentro do núcleo. Evidências trazidas pelo paleomagnetismo, mostram que as
inversões passadas ocorreram em períodos relativamente curtos, aproximadamente de 4
mil a 10 mil anos. Tal transição tão rápida implicaria que algum tipo de instabilidade
destrói a polaridade original enquanto gera uma nova.
“No caso de inversões individuais, essas misteriosas instabilidades são, provavelmente,
algum tipo de mudança caótica do fluxo e só, ocasionalmente, consegue inverter o
dipolo global”. (GLATZMAIER e OLSON, 2008)
As variações duradouras provêm da interface núcleo-manto onde a diminuição
do fluxo é oposta à direção normal daquele hemisfério. A maior delas - chamada de
padrão de fluxo invertido - se estende desde o extremo sul da África para o oeste, até a
ponta sul da América do Sul. Este padrão do fluxo magnético é voltado para dentro.
A utilização da bússola como instrumento de localização sobre a Terra, parte do
princípio de que o Campo Magnético da Terra se aproxima do campo magnético gerado
por um imã permanente alinhado com o eixo de rotação, onde é possível distinguir um
“pólo magnético norte”, um “pólo magnético sul” e um “Equador magnético”, à
semelhança do que ocorre com as referências geográficas. Neste sentido, podemos falar
de um meridiano magnético como a projeção, na superfície da Terra, das linhas de força
do Campo Magnético. A declinação pode ser definida como o ângulo que em cada
ponto o meridiano geográfico faz com o meridiano magnético. A inclinação será o
ângulo dessas linhas de força com o plano que é tangente a Terra no ponto de
observação.
32
33
6- ORIENTAÇÃO MAGNÉTICA
6.1. Insetos sociais e sua interação com o campo geomagnético
6.1.1. A ecologia dos insetos sociais
Os insetos sociais desenvolvem um importante papel no controle biológico e são
de suma importância para o equilíbrio do ecossistema. Sua diversidade, não encontra
rival entre os seres vivos. Quase 80% de todas as espécies de animais são classificadas
como insetos, dentre eles encontramos aqueles que são ditos como insetos sociais.
A importância ecológica é bem maior quando tratamos daqueles, presentes com
um grande número de indivíduos, uma grande biomassa ou por sua distribuição
constante e abundante em todos os ecossistemas, com isso podemos atribuir aos insetos
um grande regulador das funções ecológicas.
Considerando as abelhas, estas desenvolvem um serviço ambiental indispensável
dentro das cadeias alimentares existentes. Sendo eficácia deste varia de 40% a 90%
dependendo do bioma analisado (Kerr, 1997). Sem este serviço, a maioria das plantas
com flores teriam seu sucesso reprodutivo afetado, através da ausência de um vetor
biótico que possa realizar a polinização cruzada efetivamente.
As formigas desempenham alguns papeis ecológicos, tais como a aeração dos
solos e ciclagem de nitrogênio no solo, proteção de algumas plantas contra herbívoria.
Tendo grande importância na bioindicação da qualidade dos ambientes naturais.
Insetos sociais.
Entende-se por sociedade um grupo de indivíduos da mesma espécie
organizados de maneira cooperativa. Os insetos podem se apresentar como um grupo
dominante ecologicamente no nosso planeta. Sua estrutura organizacional e sua
distribuição no espaço físico é tão abrangente quanto o número de espécimes que são
encontrados sobre a superfície terrestre.
34
Os insetos podem se organizar socialmente e cada padrão de organização é
definido por WILSON (1971) em seu livro “The insect societies” como a seguir:
6.1.1. Níveis de organização social.
São encontrados os mais diversos níveis de organização social ou tipo de
associação entre os insetos. Uma espécie é chamada de solitária, comunal, social e
eussocial conforme o grau cada vez mais complexo de organização da colônia. Espécies
ditas como Comunal, Quase-social e Semi-social são comportamentos bastante
semelhantes e convenientemente agrupados sob o termo Parassocial. O termo eussocial
aplicado se refere ao mais elevado grau de organização.
Os grupos de insetos verdadeiramente sociais (eussociais) encontrados até o
momento são:
1. Cupins, vespas, abelhas e formigas (WILSON 1971)
2. Pulgões - afídeos (AOKI 1987)
3. Besouro gorgulho de galhas do eucalipto (ANON. 1992)
4. Thripes (CRESPI 1992)
Agregação
Algumas espécies de abelhas constroem seu ninho de forma solitária, mas em
agrupamentos. A agregação dos ninhos é um estágio facultativo, mais para muitas
espécies de abelhas que cavam o solo das famílias Apidae e Cabronidae a agregação é
extremamente característica.
Colônias Sub-sociais.
São agrupamentos familiares constituídos de uma fêmea adulta e seus
descendentes imaturos que são alimentados e protegidos pela mãe. A mãe os abandona
ou morre antes que eles atinjam a maturidade. Não existe divisão de trabalho entre os
adultos.
Colônias Parassociais.
35
Colônias Parassociais são colônias simples onde todos os indivíduos adultos
pertencem à mesma geração6. São sempre colônias pequenas e a relação entre os
indivíduos parece ser apenas de nível bastante elementar (tolerância entre si). A maior
vantagem para esses indivíduos é provavelmente a defesa, onde uma ou mais fêmeas
estariam sempre presentes podendo expulsar os possíveis invasores, defendendo as
células que cria.
É dita como colônia comunal, aquela que consiste no agrupamento de fêmeas da
mesma geração, utilizando um mesmo ninho, onde cada uma constrói e aprisiona o
alimento (massal) e oviposita em sua própria célula7.
Colônias quase-sociais são colônias pequenas constituídas por fêmeas da mesma
idade e de mesma geração, que trabalham cooperativamente na construção e
aprisionamento das células.
Colônias semi-sociais por sua vez são grupos pequenos com alguma atividade
cooperativa e divisão de trabalho entre fêmeas adultas, porém já apresentam castas
reprodutivas. Nos grupos sub-sociais, duas gerações também estão envolvidas, mais
uma delas constitui-se de indivíduos imaturos.
Colônias eussociais apresentam um nível de organização mais complexo, neste
tipo de colônia ocorrem interações entre adultos, envolvendo indivíduos de gerações
diferentes. Aqui, as colônias são matrifiliais e as castas são morfologicamente distintas.
Colônias eussociais primitivas: Externamente as castas são morfologicamente
quase indistintas, exceto pela macrocefalia da rainha para algumas espécies – a análise
morfométrica dos componentes de uma colônia indica diferenças na média de tamanho
entre operárias e rainha.
Todas as fêmeas são equipadas morfologicamente e comportamentalmente para
sobreviverem sozinhas desenvolvendo atividades como forrageamento, cuidados com a
cria, limpeza e construção do ninho.
6
Mesma fase do desenvolvimento ontológico
7
Uma das unidades da estrutura física da colméia.
36
Uma célula pode estar sendo contruída ou provisionada por mais de um
individuo. Geralmente os estoques de alimento nas células variam de pólem e néctar, até
larvas de insetos (principalmente lepidópteros) e aranhas.
Operárias (fêmeas não fecundadas): desenvolvem as mais diversas funções, de
maneira a manter a homeostasia da colônia, como: forrageamento, cuidado com os
imaturos e reparo do ninho, guarda e defesa, manutenção e proteção do indivíduo
reprodutor.
É condição geral entre os insetos sociais que as diferentes funções desenvolvidas
pelas operárias se sucedem de acordo com a idade das mesmas e, portanto, com as
diferentes fases do desenvolvimento glandular.
6.1.2. Formigas.
As formigas são um grupo de insetos sociais que apresentam o maior número de
gêneros, espécies e indivíduos, mesmo considerando todos os demais grupos de insetos
sociais. Até 1968, eram reconhecidas, aproximadamente, 7600 espécies nominais de
formigas. Hoje, esse número ultrapassa as 12.000 espécies descritas, com uma
estimativa de que possa existir mais de 20.000 espécies no mundo. Sendo que a maioria
delas são encontradas na região tropical, com a diversidade reduzida progressivamente,
de acordo com o aumento da latitude (KUSNEZOV, 1957).
Dentre as milhares de espécies de formigas já descritas, uma gama extensa de
adaptações responsáveis por descobrir e levar comida a colônia evoluíram. Dentre elas
pode se destacar o processo de forrageamento desempenhado pela operária batedora que
explora a área em torno e ao encontrar alimento retorna a colônia deixando um rastro de
feromônio (marcador químico dos insetos). Estudos iniciais sugerem que o
redirecionamento feito após a descoberta da comida são devidos à mecanismos de
astronavegação (Wehner, R.: Ann. Rev. Entomol. 29, 277 (1984)) apud. (ANDERSON
E MEER 1993).
Em geral os “formigueiros” são formados por vários túneis subterrâneos, sem a
presença de luz, que divergem a partir de um núcleo central e terminam em saídas na
superfície. Um exemplo de modelo de forrageamento central é da espécie Solenopsis
37
invicta, na qual pode se destacar colônias maduras com uma população ultrapassando
200.000 indivíduos, concentrando densidades populacionais de 90 ninhos por hectare.
Ao sair em busca de comida a operária batedora explora a área ao redor,
percorrendo caminho aleatórios em busca de qualquer fonte protéica (forrageamento),
ao encontrar a fonte de alimento, se esta for muito grande, faz um redirecionamento de
rumo e retorna ao seu ninho em uma trajetória quase que retilínea, deixando um rastro
de feromônios para que as outras operárias possam ir ao encontro do alimento
(recrutamento).
Estudos apontam que este redirecionamento deve-se ao fato de que as formigas
são capazes de detectar a presença do campo geomagnético terrestre, utilizando-o como
orientação para a navegação.
Como destaca (ACOSTA-AVALOS e LINHARES, 2000) os estudos sobre a
influência do campo geomagnético sobre a orientação das formigas são apresentados,
como efeitos magnético-cinéticos (não incluindo a orientação), e efeitos magnéticos
dinâmicos (implicando o uso informação vetorial do campo magnético nas atividades de
orientação e localização espacial).
No primeiro destaca-se os estudos feitos por KERMARREC (1981) apud
(ACOSTA-AVALOS e LINHARES, 2000) na espécie Acromyrmex octospinosus,
demonstrando que operárias desta espécie se afastavam de campos de intensidade
mínimas de 6 Oe dentro do ninho.
Ainda referente aos trabalhos magnéticos – cinéticos, foi empregado o estudo
sobre a espécie Solenopsis invicta (ANDERSON E MEER 1993), no qual foi analisado
o tempo de formação de trilha desta formiga. Contando com um aparato experimental
que perturbava o campo geomagnético local, através de espiras de Helmholtz, foi
analisado qual era o tempo para que as formigas depois de encontrarem o alimento
(neste caso foi usado uma barata domestica Periplaneta americana), demoravam para
retornar o ninho e formar a trilha. Dois casos foram comparados, um com o campo
magnético (induzido pelas espiras) em um sentido, e em outro no sentido oposto.
Nos trabalhos magnéticos dinâmicos, análises feitas nas espécies Formica rufa e
Oecophylla smaragdina, por ROSEGREN E FORTELIUS (1996) e JANDER E
JANDER (1998) apud (ACOSTA-AVALOS e LINHARES, 2000) respectivamente,
38
compararam a orientação magnética com outros estímulos (feromônios, luz, etc.),
destacando que a orientação através do campo geomagnético é pequena se comparada
com outros estímulos.
Outro trabalho feito por ÇAMLITEPE E STRADLING (1995), na formiga
Formica rufa demonstrou que na ausência se outros estímulos, o campo magnético é
usado para a orientação.
”As rotas obtidas em trabalhos de campo feitos por LEAL E OLIVEIRA (1995)
na formiga migratória Pachycondyla marginata sugerem migrações preferencialmente
na direção norte” apud (ACOSTA-AVALOS e LINHARES, 2000), visto que estas
formigas são mais comuns na região da anomalia do Atlântico Sul, que é uma faixa
onde a uma anomalia no campo geomagnético, que se estende desde o Sul da África até
a costa oeste da América do sul.
Diante de inúmeras evidências sobre a orientação das formigas através do campo
magnético, outros estudos estão focalizando qual é o material responsável por esta
orientação (SLOWICK et al 1997; WALKER e GREEN, 2000; ACOSTA-AVALOS e
LINHARES, 2000). Estudos sugerem a presença de materiais biomineralisados em
certas regiões do corpo da formiga. Tais materiais são constituídos de óxidos de ferro e
outras partículas paramagnéticas que devem estar envolvidas na detecção do campo
geomagnético. Uma melhor abordagem sobre como são feitos tais experimentos se
encontra próximo capitulo, onde faz-se uma análise dos materiais magnéticos
encontrados nas abelhas.
6.1.3. Abelhas
A fauna atual das abelhas originou-se provavelmente durante o período Cretáceo
há mais ou menos 70 milhões de anos atrás, e tiveram um grande sucesso no
desenvolvimento de seu processo evolutivo, apresentando uma ampla irradiação
adaptativa.
Hoje são encontradas em praticamente todas as regiões, sendo conhecidas
aproximadamente 20000 espécies vivas sempre dependendo das plantas com flores
assim como estas, em grande parte, dependem das abelhas.
39
O comportamento Eussocial verdadeiro ou altamente verdadeiro aparece em
todas as espécies conhecidas de Meliponini e para todas as abelhas do gênero Apis.
Tanto as colônias de Meliponini quanto as de Apis apresentam um
comportamento altamente complexo, ocorrendo um forte dimorfismo entre as cascas
(rainha e operária) – a primeira é fecundada, altamente especializada em pôr ovos,
produz substâncias granulares (feromônios) – exercendo assim o controle sobre a casta
operária, mas não é capaz de construir ninhos, forragear ou cuidar dos descendentes e
assim, essa casta não é capaz de sobreviver sozinha, sendo necessário ser assistida pela
classe operária. Essa casta possui função única de realizar postura e, portanto, manter a
estabilidade da colônia.
A armazenagem adequada do alimento coletado permite a colônia sobreviver
durante períodos adversos bastante prolongados. Os comportamentos da colônia
apresentam um sofisticado padrão de comunicação que inclui a ação feromônal,
atividades sonoras e atitudes comportamentais, como a dança executada na colméia
após o forrageamento.
As abelhas batedoras são as operárias responsáveis por descobrir alimento, “A
abelha provedora que descobriu o alimento executa a assim chamada “dança do
balanço”, e sua forma e sincronização informa às outras abelhas a direção e a
distância da colméia ao alimento” (DAWKINS 1996). Tal dança é executada na parede
da colméia, verticalmente. Para entender tal dança, propôs-se que as abelhas se orientam
através de estímulos luminosos (Sol). No entanto, trabalhos vistos na literatura sugerem
outras possíveis causas, incluindo a orientação através do campo magnético terrestre.
Os trabalhos mais bem documentados sobre este tipo de influência nas abelhas
estão descritos nos trabalhos de Lindauer e Martin (citado em Towne e Gould, 1985;
apud ACOSTA-AVALOS e LINHARES, 2000). Observaram quatro manifestações de
comportamento destas abelhas sob a influência do campo magnético.
1- As abelhas operárias quando retornam de uma bem sucedida
procura de comida, executam uma dança cuja orientação, em
relação à direção vertical do favo, indica, às outras abelhas, a
localização da fonte de alimento. Em geral, a dança é executada
na escuridão da colméia. O ângulo entre a direção da dança e a
40
vertical indica o ângulo entre a fonte de comida e o Sol. No
entanto, foram observados erros de até 20o à esquerda ou à
direita da direção correta, variando com a direção do campo
magnético terrestre. Para verificar se, de fato, “a má direção” é
dependente do campo, foi simulado um campo nulo dentro da
colméia e observado que a direção “incorreta” anula-se
completamente cerca de 45 minutos depois. Estes “erros" não
são ruídos do sistema, pois todas as abelhas, dançando num
dado tempo, cometem o mesmo “erro”, tanto em intensidade
como em direção.
2- Ocasionalmente, em dias de verão, é realizada uma dança
anômala numa superfície horizontal, na entrada da colméia.
Neste caso, depois de um período inicial de desorientação, as
abelhas dançam, ao longo dos oito pontos cardeais magnéticos,
desorientando-se novamente quando o campo geomagnético é
artificialmente anulado.
3- Quando um enxame deixa a colméia original, abelhas
operárias constroem novos favos na mesma direção magnética
anterior. São necessários campos magnéticos muito fortes (~10
vezes o da Terra) para destruir esta orientação dos favos.
4- Aparentemente, os ritmos circadianos das abelhas (alterações
comportamentais ou fisiológicas associadas ao ciclo diário da
rotação da Terra) são devidos às variações de intensidade e
direção do campo magnético terrestre, causadas por influências
astrofísicas. No entanto, Neumann, em 1988, (citado em
VÁCHA, 1997) afirmou que o ritmo do comportamento das
abelhas que procuram comida é completamente explicável pela
influência de fatores endógenos e sazonais. Esta habilidade se
deveria a extraordinária sensibilidade a mudanças do campo
geomagnético, cerca de 10-4 vezes o valor do campo.
Atualmente, os trabalhos sobre este tipo de inseto estão focados na detecção das
substâncias envolvidas na recepção e como esta reage com o mecanismo nervoso.
41
Resultados apontam que o mais provável mecanismo responsável pela orientação é a
Transdução Ferromagnética. Visto que em trabalhos como de ACOSTA-AVALOS et
al. op. cit. foram encontradas, através dos métodos de Ressonância Paramagnética
Eletrônica (RPE), Microscopia Eletrônica de Transmissão e Magnometria SQUID
(Superconducting
Quantum
Interference),
partículas
paramagnéticas
de
aproximadamente 12 micrometros, nos abdomens amassados de abelhas Apis melífera,
concordando assim com os trabalhos anteriores (SCHIFF e CANAL, 1995), onde foi
sugerido que estas partículas encontradas nos pêlos da região anterodorsal dos
abdomens dessas abelhas são amostras de partículas superparamagnéticas que estão
envolvidas na detecção do gradiente do campo geomagnético.
Foram realizadas medidas de histerese nos três primeiros segmentos abdominais
de Apis melífera orientados relativamente ao campo aplicado do SQUID.
Análises das histereses a diferentes temperaturas confirmam a organização das
partículas observadas por Gould et. al. (1978). Realizamos, também, medidas de RPE
nos abdomens destas abelhas (Fig. 4) observando a presença de, pelo menos, quatro
estruturas de ferro: íon isolado, nanopartículas isoladas, aglomerados destas
partículas e, possivelmente, oxi-hidróxido de ferro. Utilizando um modelo para a
largura de linha destes espectros que considera as partículas superparamagnéticas
como partículas paramagnéticas, um tamanho magnético aproximado de 12 nm foi
estimado para as partículas isoladas. A partir da análise do campo ressonante,
determinamos a anisotropia magnética destas partículas, em função da temperatura
(ACOSTA-AVALOS e LINHARES, 2000).
42
7- DISCUSSÃO
Diante de inúmeras evidências sobre a orientação das formigas e das abelhas
através do campo magnético vistos em trabalhos (ANDERSON e MEER 1993;
FERNANDES e SANCHES, 2001, ÇAMLITEPE e STRADLING 1995, BARROS e
ESQUIVEL, 2000) pode se confirmar que há uma orientação regida pelo campo
geomagnético. Outros estudos estão focalizando qual é o material responsável por esta
orientação (SLOWICK et al 1997; WALKER e GREEN, 2000; ACOSTA-AVALOS et
al, 2000), deixando o assunto sobre a interação da vida diante do campo geomagnético
muito mais estruturado, desta forma passando de um empirismo não factual, para um
conhecimento realmente cientifico.
Fica evidente, através desta análise bibliográfica que os estudos sobre este tipo
de comportamento só ocorre em insetos de organização social altamente elevada, no
entanto, não foram encontrados trabalhos que relacionam a orientação magnética com
Isopteras.
A partir das referências bibliográficas apresentadas no trabalho, pode se destacar
que a evolução dos conhecimentos científicos não se faz de forma fragmentada e
unilateral, tendo em vista que para se entender os processos evolutivos de organização,
comunicação e orientação dos insetos sociais os conceitos físicos se fazem eficazes. Da
mesma forma que para se estabelecer novas teorias físicas acerca de um fenômeno
natural, devem se entender as interações das unidades autônomas dentro do complexo
meio físico.
43
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