Jsou otázky, na které jsme se ptali nebo se je snažili zodpovědět: proč je nebe modré, kolik hvězd je na obloze, kdo je silnější - bílý žralok nebo kosatka atd. A jsou otázky, které jsme si nepoložili, ale to nečiní odpověď o nic méně zajímavou. Mezi takové otázky patří následující: co tak důležitého spojili vědci z univerzit Lund (Švédsko), Witwatersrand (Jihoafrická republika), Stockholm (Švédsko) a Würzburg (Německo)? To je pravděpodobně něco velmi důležitého, velmi složitého a neuvěřitelně užitečného. No, je těžké o tom s jistotou říci, ale je to rozhodně velmi zajímavé, konkrétně jak se brouci pohybují ve vesmíru. Na první pohled je zde vše triviální, ale náš svět je plný věcí, které nejsou tak jednoduché, jak se zdají, a hnojní brouci jsou toho důkazem. Co je tedy na navigačním systému hnojníku tak jedinečného, jak jej vědci testovali a co s tím má společného konkurence? Na tyto a další otázky najdeme odpovědi ve zprávě výzkumné skupiny. Jít.
Protagonista
V první řadě stojí za to poznat hlavní postavu této studie. Je silný, pracovitý, vytrvalý, hezký a starostlivý. Je to hnojník z nadčeledi Scarabaeidae.
Hnojníci dostali své nepříliš atraktivní jméno díky svým gastronomickým preferencím. Na jednu stranu je to trochu hrubé, ale pro hnojníka je to výborný zdroj živin, a proto většina druhů této čeledi nepotřebuje jiné zdroje potravy a dokonce ani vodu. Jedinou výjimkou je druh Deltochilum valgum, jehož zástupci rádi hodují na stonožkách.
Výskyt hnojníků závidí většina ostatních živých tvorů, protože žijí na všech kontinentech kromě Antarktidy. Stanoviště sahá od chladných lesů po horké pouště. Je zřejmé, že je snazší najít velké koncentrace hnojníků v prostředích zvířat, která jsou „továrnami“ na výrobu jejich potravy. Hnojníci si raději uchovávají potravu pro budoucnost.
Krátké video o hnojníku a složitosti jejich způsobu života (BBC, David Attenborough).
Různé druhy brouků mají své vlastní charakteristiky adaptace chování. Některé tvoří koule hnoje, které se odvalují z místa sběru a zahrabávají do díry. Jiní hloubí tunely pod zemí a plní je jídlem. A další, kteří znají přísloví o Mohamedovi a smutku, prostě žijí v hromadách hnoje.
Zásoby potravy jsou pro brouka důležité, ale ani ne tak z důvodů sebezáchovy, ale z důvodů péče o budoucí potomstvo. Faktem je, že larvy hnojníků žijí v tom, co jejich rodič nasbíral dříve. A čím více hnoje, tedy potravy pro larvy, tím je pravděpodobnější, že přežijí.
Narazil jsem na tuto formulaci v procesu shromažďování informací a nezní to moc dobře, zejména poslední část:... Samci bojují o samice, opírají se nohama o stěny tunelu a tlačí svého protivníka výrůstky podobnými rohům ... Někteří samci nemají rohy, a proto se nepouštějí do boje, ale mají větší gonády a hlídají žena v dalším tunelu...
No, přejděme od textů přímo k samotnému výzkumu.
Jak jsem již zmínil, některé druhy hnojníků tvoří kuličky a kutálejí je v přímé linii, bez ohledu na kvalitu či náročnost zvolené trasy, do odkládacího otvoru. Právě toto chování těchto brouků je nám nejznámější díky četným dokumentům. Víme také, že kromě síly (některé druhy dokážou zvednout 1000násobek své vlastní hmotnosti), gastronomických preferencí a péče o své potomky mají hnojníci výbornou prostorovou orientaci. Navíc jsou jediným hmyzem, který je schopen navigovat v noci pomocí hvězd.
V Jižní Africe (místo pozorování) hnojník, který našel „kořist“, vytvoří míč a začne ho kutálet v přímé linii v náhodném směru, což je nejdůležitější, pryč od konkurentů, kteří nebudou váhat sebrat jídlo, které získal. Proto, aby byl útěk účinný, musíte se pohybovat stále stejným směrem, aniž byste sešli z kurzu.
Slunce je hlavním referenčním bodem, jak již víme, ale není nejspolehlivější. Výška slunce se v průběhu dne mění, což snižuje přesnost orientace. Proč brouci nezačnou běhat v kruzích, nepletou se ve směru a nekontrolují mapu každé 2 minuty? Je logické předpokládat, že slunce není jediným zdrojem informací pro orientaci v prostoru. A pak vědci navrhli, že druhým referenčním bodem pro brouky je vítr, respektive jeho směr. To není jedinečná vlastnost, protože mravenci a dokonce i švábi jsou schopni používat vítr, aby našli cestu.
Vědci se ve své práci rozhodli vyzkoušet, jak hnojníci využívají tuto multimodální senzorickou informaci, kdy preferují navigaci podle slunce a kdy podle směru větru a zda využívají obě možnosti současně. Pozorování a měření byla prováděna v přirozeném prostředí subjektů i v simulovaných, kontrolovaných laboratorních podmínkách.
Výsledky výzkumu
V této studii sehrál roli hlavního subjektu brouk druhu Scarabaeus lamarcki, a pozorování v přírodním prostředí byla provedena na území farmy Stonehenge poblíž Johannesburgu (Jihoafrická republika).
Obrázek č. 1: změny rychlosti větru během dne (А), změny směru větru během dne (В).
Byla provedena předběžná měření rychlosti a směru větru. V noci byla rychlost nejnižší (<0,5 m/s), ale blíže k úsvitu se zvýšila a dosáhla denního maxima (3 m/s) mezi 11:00 a 13:00 (sluneční výška ~70°).
Hodnoty rychlosti jsou pozoruhodné, protože překračují práh 0,15 m/s potřebný pro menotaktickou orientaci hnojníků. V tomto případě se maximální rychlost větru shoduje v denní době s nejvyšší aktivitou brouků Scarabaeus lamarcki.
Brouci valí svou kořist v přímé linii od sběrného místa na poměrně velkou vzdálenost. Celá trasa v průměru zabere 6.1 ± 3.8 minuty. Proto musí během této doby co nejpřesněji sledovat trasu.
Pokud mluvíme o směru větru, tak v období maximální aktivity brouků (od 06:30 do 18:30) není průměrná změna směru větru za časový úsek 6 minut větší než 27.0°.
Spojením dat o rychlosti a směru větru v průběhu dne vědci věří, že takové povětrnostní podmínky jsou dostatečné pro multimodální navigaci brouků.
Obrázek č. 2
Je čas pozorovat. Pro testování možného vlivu větru na charakteristiku prostorové orientace hnojníků byla vytvořena kruhová „aréna“ s potravou uprostřed. Brouci mohli volně odvalovat kuličky, které vytvořili, v libovolném směru od středu za přítomnosti řízeného stabilního proudění vzduchu rychlostí 3 m/s. Tyto testy byly prováděny za jasných dnů, kdy se výška slunce během dne měnila následovně: ≥75° (vysoká), 45–60° (střední) a 15–30° (nízká).
Změny proudění vzduchu a polohy slunce se mohou mezi dvěma návštěvami brouků změnit až o 180° (2А). Za úvahu stojí i fakt, že brouci netrpí sklerózou, a proto si po první návštěvě pamatují trasu, kterou zvolili. Vědci to vědí a berou v úvahu změny úhlu výstupu z arény při následném vstupu brouka jako jeden z ukazatelů úspěšnosti orientace.
Když byla výška slunce ≥75° (vysoká), změny azimutu v reakci na 180° změnu směru větru mezi první a druhou sadou byly seskupeny kolem 180° (P < 0,001, V test) s průměrnou změnou 166.9 ± 79.3 ° (2B). V tomto případě změna polohy slunce (použito zrcadlo) o 180° způsobila jemnou reakci 13,7 ± 89,1° (spodní kruh na 2B).
Zajímavé je, že ve střední a nízké výšce slunce se brouci drželi svých cest i přes změny směru větru - průměrná výška: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; nízká výška: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Ale změna směru slunečních paprsků o 180° měla opačnou reakci, tedy radikální změnu směru cesty brouka - průměrná výška: 153,9 ± 83,3°; malá výška: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (spodní kruhy v 2А, 2S и 2D).
Orientaci možná neovlivňuje samotný vítr, ale vůně. Aby se to otestovalo, druhé skupině testovacích brouků byly odstraněny distální segmenty antény, které jsou zodpovědné za jejich čich. Změny trasy v reakci na 180° změny směru větru vykazované těmito brouky byly stále významně seskupené kolem 180°. Jinými slovy, mezi brouky s čichem a bez čichu není prakticky žádný rozdíl v míře orientace.
Mezizávěr je, že hnojníci využívají ke své orientaci slunce a vítr. V tomto případě bylo za kontrolovaných laboratorních podmínek zjištěno, že větrný kompas dominuje nad slunečním kompasem ve vysokých slunečních výškách, ale situace se začíná měnit, když se slunce blíží k obzoru.
Toto pozorování ukazuje, že existuje dynamický multimodální kompasový systém, ve kterém se interakce mezi dvěma modalitami mění podle smyslových informací. To znamená, že brouk naviguje v kteroukoli denní dobu a spoléhá se na nejspolehlivější zdroj informací v daný okamžik (slunce je nízko - slunce je reference; slunce je vysoko - vítr je reference).
Dále se vědci rozhodli prověřit, zda vítr pomáhá broukům v orientaci či nikoliv. Pro tento účel byla připravena aréna o průměru 1 m s jídlem v centru. Celkem brouci provedli 20 západů slunce na vysoké pozici slunce: 10 s větrem a 10 bez větru (2F).
Jak se dalo očekávat, přítomnost větru zvýšila přesnost orientace brouků. Je třeba poznamenat, že při prvních pozorováních přesnosti slunečního kompasu se změna azimutu mezi dvěma po sobě jdoucími sadami zdvojnásobí při vysoké poloze slunce (>75°) ve srovnání s nižší polohou (<60°).
Uvědomili jsme si tedy, že vítr hraje důležitou roli v orientaci hnojníků a kompenzuje tak nepřesnosti solárního kompasu. Jak ale brouk sbírá informace o rychlosti a směru větru? Samozřejmě, nejzjevnější věcí je, že se to děje prostřednictvím antén. Aby to vědci ověřili, provedli testy uvnitř budov při konstantním proudění vzduchu (3 m/s) za účasti dvou skupin brouků – s anténami a bez nich (3A).
Obrázek č. 3
Hlavním kritériem pro přesnost orientace byla změna azimutu mezi dvěma přístupy, kdy se směr proudění vzduchu změnil o 180°.
Změny směru pohybu brouků s tykadly byly na rozdíl od brouků bez tykadel seskupené kolem 180°. Navíc střední absolutní změna azimutu u brouků bez tykadel byla 104,4 ± 36,0°, což je velmi odlišné od absolutní změny u brouků s tykadly - 141,0 ± 45,0° (graf v 3V). To znamená, že brouci bez antén se ve větru nemohli normálně pohybovat. Stále se však dobře orientovali podle slunce.
Na obrázku 3А ukazuje testovací nastavení pro testování schopnosti brouků kombinovat informace z různých senzorických modalit, aby upravili svou trasu. Za tímto účelem test zahrnoval oba orientační body (vítr + slunce) během prvního přiblížení nebo pouze jeden orientační bod (slunce nebo vítr) během druhého. Tímto způsobem byla porovnána multimodalita a unimodalita.
Pozorování ukázala, že změny směru pohybu brouků po přechodu z multi- na unimodální orientační bod byly soustředěny kolem 0°: pouze vítr: −8,2 ± 64,3°; pouze slunce: 16,5 ± 51,6° (grafy uprostřed a vpravo 3C).
Tato orientační charakteristika se nelišila od té, která byla získána za přítomnosti dvou (slunce + vítr) orientačních bodů (graf vlevo v 3S).
To naznačuje, že za kontrolovaných podmínek může brouk použít jeden orientační bod, pokud druhý neposkytuje dostatečné informace, to znamená, že kompenzuje nepřesnost jednoho orientačního bodu druhým.
Pokud si myslíte, že se tam vědci zastavili, pak tomu tak není. Dále bylo potřeba zkontrolovat, jak dobře si brouci uchovávají informace o jedné z pamětihodností a zda je v budoucnu nevyužijí jako doplněk. Za tímto účelem byly provedeny 4 přiblížení: při prvním byl 1 orientační bod (slunce), při druhém a třetím se přidal proud vzduchu a při čtvrtém pouze proudění vzduchu. Byl také proveden test, kde byly orientační body v opačném pořadí: vítr, slunce + vítr, slunce + vítr, slunce.
Předběžná teorie říká, že pokud si brouci dokážou uložit informace o obou orientačních bodech ve stejné oblasti prostorové paměti v mozku, pak by měli při první a čtvrté návštěvě udržovat stejný směr, tzn. změny směru pohybu by se měly shlukovat kolem 0°.
Obrázek č. 4
Shromážděná data o změně azimutu během prvního a čtvrtého běhu potvrdila výše uvedený předpoklad (4A), který byl dále potvrzen modelováním, jehož výsledky jsou znázorněny v grafu 4C (vlevo).
Jako doplňková kontrola byly provedeny testy, kde byl proud vzduchu nahrazen ultrafialovým bodem (4B a 4C vpravo). Výsledky byly téměř totožné s testy na slunci a proudění vzduchu.
Pro podrobnější seznámení s nuancemi studie doporučuji nahlédnout и jemu.
Epilog
Kombinace výsledků experimentů v přirozeném i kontrolovaném prostředí ukázala, že u hnojníků se vizuální a mechanosensorické informace sbíhají ve společné neuronové síti a jsou uloženy jako snímek multimodálního kompasu. Porovnání účinnosti použití buď slunce nebo větru jako reference ukázalo, že brouci měli tendenci používat referenci, která jim poskytla více informací. Druhý se používá jako náhradní nebo doplňkový.
U nás se to může zdát jako velmi běžná věc, ale nezapomeňte, že náš mozek je mnohem větší než mozek malého broučka. Ale jak jsme se dozvěděli, i ti nejmenší tvorové jsou schopni složitých mentálních procesů, protože v divočině vaše přežití závisí buď na síle, nebo inteligenci, a nejčastěji na kombinaci obojího.
Pátek off-top:
I brouci bojují o kořist. A nezáleží na tom, že kořistí je koule hnoje.
(BBC Earth, David Attenborough)
Díky za přečtení, buďte zvědaví a mějte skvělý víkend, kluci! 🙂
Děkujeme, že s námi zůstáváte. Líbí se vám naše články? Chcete vidět více zajímavého obsahu? Podpořte nás objednávkou nebo doporučením přátelům, 30% sleva pro uživatele Habr na unikátní obdobu entry-level serverů, kterou jsme pro vás vymysleli: (k dispozici s RAID1 a RAID10, až 24 jader a až 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2x levnější? Pouze zde V Nizozemsku! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB – od 99 $! Číst o
Zdroj: www.habr.com