Der er spørgsmål, som vi har stillet eller prøvet at besvare: hvorfor er himlen blå, hvor mange stjerner er der på himmelhvælvingen, hvem er stærkere - den hvide haj eller spækhuggeren osv. Men der er også spørgsmål, som vi ikke har stillet, men hvis svar ikke bliver mindre interessant af den grund. Et sådant spørgsmål kunne være: hvad har forskerne fra Lund Universitet (Sverige), Witwatersrand Universitet (Sydafrika), Stockholm Universitet (Sverige) og Würzburg Universitet (Tyskland) sammen besluttet at undersøge? Det må være noget meget vigtigt, meget komplekst og utrolig nyttigt. Nå, det er svært at sige med sikkerhed, men det er bestemt meget fascinerende, nemlig - hvordan gylle-elendige biller orienterer sig i rummet. Ved første øjekast virker alt trivielt, men vores verden er fuld af ting, der ikke er så enkle, som de ser ud til, og gylle-elendige biller er et bevis på dette. Så hvad er det unikke ved navigationssystemet hos gylle-elendige biller, hvordan har forskerne undersøgt dette, og hvad har konkurrencen at gøre med det? Disse og andre spørgsmål vil vi finde svar på i forskergruppens rapport. Lad os komme i gang.
Hovedpersonen
Først og fremmest skal vi møde hovedpersonen i denne undersøgelse. Han er stærk, hårdtarbejdende, vedholdende, smuk og omsorgsfuld. Han er en gylle-elendig bille fra overfamilien skarabeider.
Gylle-elendige biller har fået deres ikke særligt tiltalende navn på grund af deres gastronomiske præferencer. På den ene side er det lidt ulækkert, men for gylle-elendige biller er det en fremragende kilde til næringsstoffer, hvilket gør, at de fleste arter i denne familie ikke behøver andre fødekilder og endda vand. Den eneste undtagelse er arten Deltochilum valgum, hvis repræsentanter nyder at samle sig om tusindben.
Gylle-elendige billers udbredelse kan de fleste andre levende væsener misunde, da de findes på alle kontinenter undtagen Antarktis. Deres udbredelsesområde strækker sig fra kølige skove til glødende ørkener. Det er tydeligt, at det er lettere at møde et stort antal gylle-elendige biller i levesteder for dyr, der er "fabrikker" til fremstilling af deres føde. Gylle-elendige biller foretrækker at samle mad til fremtiden.
En kort video om gylle-elendige biller og de udfordringer, de står over for i deres livsstil (BBC, David Attenborough).
Forskellige arter af gødningsbiller har deres egne adfærdsmæssige tilpasninger. Nogle danner kugler af afføring, som de triller væk fra opsamlingsstedet og begraver i deres rede. Andre graver tunneler under jorden og fylder dem med mad. Og tredje, som kender ordsproget om Muhammad og bjerget, lever simpelthen i bunker af afføring.
Fødevarelagre er vigtige for billen, men ikke så meget af hensyn til selvbevarelse, men snarere på grund af pleje af fremtidige efterkommere. Det er sådan, at larverne af gødningsbiller lever af det, deres forælder tidligere har samlet. Jo mere afføring, dvs. mad til larverne, jo større er chancerne for, at de overlever.
Jeg stødte på en formulering i processen med at samle oplysninger, og den lyder ikke så godt, især den sidste del:…Hannerne kæmper om hunnerne ved at presse med benene mod væggene i tunnelen og skubbe modstanderen med hornlignende fremspring… Nogle hanner har ikke horn og deltager derfor ikke i kampen, men de har større kønskirtler og holder opsyn med hunnen i den nærliggende tunnel…
Nå, lad os gå fra lyrik til selve forskningen.
Som nævnt tidligere danner nogle arter af gødningsbiller kugler og triller dem i en lige linje, uden at tage hensyn til kvaliteten og kompleksiteten af den valgte rute, ind i reden til opbevaring. Dette adfærdsmønster hos billerne er vi bedst bekendt med takket være utallige dokumentarfilm. Det er også kendt, at udover styrke (nogle arter kan løfte en vægt, der er 1000 gange deres egen), gastronomiske præferencer og omsorg for efterkommere, har gødningsbiller en fremragende rumlig orientering. Desuden er de de eneste insekter, der er i stand til at navigere om natten efter stjernerne.
I Sydafrika (observationsstedet) danner gødningsbillen, når den finder en "bytte", en kugle og begynder at trille den i en lige linje i en tilfældig retning, men væk fra konkurrenterne, som ikke vil tøve med at tage den mad, den har skaffet sig. Derfor, for at flugten skal være effektiv, er det nødvendigt at bevæge sig i samme retning hele tiden uden at miste kursen.
Solen er den primære pejling, som vi allerede ved, men det er ikke den mest pålidelige. Solens højde ændrer sig i løbet af dagen, hvilket nedsætter pejlingens nøjagtighed. Hvorfor begynder insekterne så ikke at køre rundt, forvirre sig med retningen og tjekke kortet hver 2. minut? Det er logisk at antage, at solen ikke er den eneste informationskilde til rumorientering. Forskere har her foreslået, at vinden, nærmere bestemt dens retning, fungerer som den anden pejling for insekterne. Dette er ikke en unik egenskab, da myrer og endda kakerlakker kan bruge vinden til at finde vej.
I deres arbejde besluttede forskerne at undersøge, hvordan gødningsbiller bruger denne multimodale sensoriske information, når de foretrækker at orientere sig efter solen, og hvornår de bruger vindens retning, og om de bruger begge muligheder samtidig. Der blev udført observationer og målinger i forsøgsdyrenes naturlige levesteder samt i simulerede kontrollerede laboratoriefaciliteter.
Resultaterne af undersøgelsen
I denne undersøgelse fremstod insekten af arten Scarabaeus lamarcki, og observationer i naturlige omgivelser blev udført på farmen "Stonehenge", som ligger tæt på Johannesburg (Sydafrika).
Billede Nr. 1: ændringer i vindhastighed i løbet af dagen (A), ændringer i vindretning i løbet af dagen (I).
Der blev udført præliminære målinger af vindens hastighed og retning. Om natten var hastigheden den laveste (<0,5 m/s), men nærmere daggry steg den og nåede et dagligt maksimum (3 m/s) mellem kl. 11:00 og 13:00 (solens højde ∼70°).
Hastighedsværdierne er bemærkelsesværdige, da de overstiger tærsklen på 0,15 m/s, som er nødvendig for menotaktisk orientering af gødningsbiller. Desuden falder vindhastighedens maksimum sammen med gødningsbillernes maksimale aktivitetsperiode. Scarabaeus lamarcki.
Insekterne ruller deres bytte i en lige linje fra indsamlingstedet over et betydeligt afstand. I gennemsnit tager hele ruten 6,1 ± 3,8 minutter. Derfor skal de i løbet af denne periode følge ruten så nøjagtigt som muligt.
Når det kommer til vindretningen, udgør den gennemsnitlige ændring i vindretningen i løbet af den maksimale aktivitetstid for insekterne (fra 06:30 til 18:30) ikke mere end 27,0° over en tidsperiode på 6 minutter.
Ved at samle data om vindhastighed og -retning i løbet af dagen, vurderer forskere, at sådanne vejrforhold er tilstrækkelige til multimodal orientering hos gødningsekter.
Billede Nr. 2
Tiden for observationer er kommet. For at undersøge den mulige indvirkning af vinden på orienteringsegenskaberne hos gødningsekter i rummet blev der oprettet en rund "arena", hvor føde blev placeret i midten. Insekterne kunne frit rulle de kugler, de dannede, i enhver retning fra centrum under en kontrolleret stabil luftstrøm med en hastighed på 3 m/s. Disse tests blev udført på klare dage, hvor solens højde varierede i løbet af dagen som følger: ≥75° (høj), 45–60° (middel) og 15–30° (lav).
Ændringer i luftstrømmen og solens position kan ændre sig med 180° mellem to tilgange af insektet (2A). Det skal bemærkes, at insekterne ikke lider af sklerose, og derfor husker de den valgte rute efter den første tilgang. I lyset af dette tager forskerne hensyn til ændringerne i indgangsvinklen til arenaen under den efterfølgende tilgang som et af indikatorerne for orienteringssucces.
Ved solens højde ≥75° (høj) blev ændringer i azimuth som reaktion på ændringen i vindretningen med 180° mellem den første og anden tilgang grupperet omkring 180° (P <0,001, V-test) med et gennemsnitligt ændring på 166,9 ± 79,3° (2B). Ændringen i solens position (et spejl blev brugt) med 180° forårsagede en ubetydelig reaktion på 13,7 ± 89,1° (den nederste cirkel på 2B).
Det er interessant, at ved middel og lav solhøjde holdt insekterne sig til deres ruter på trods af ændringer i vindretningen — gennemsnitlig højde: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; lav højder: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C og 2D). Men ændringer i solens stråler med 180° havde en modsat reaktion, hvilket betyder en radikal ændring i insekternes rute — gennemsnitlig højde: 153,9 ± 83,3°; lav højde: −162 ± 69,4°; P <0,001 (de nederste cirkler på 2A, 2C og 2D).
Måske påvirker ikke vinden i sig selv, men snarere lugte orienteringen. For at teste dette fik den anden gruppe af testede insekter fjernet de distale segmenter af deres antenner, som er ansvarlige for olfaktorisk opfattelse. Ændringer i ruten som reaktion på ændringen i vindretningen med 180°, demonstreret af disse insekter, var stadig signifikant grupperet omkring 180°. Med andre ord er der faktisk ingen forskel i graden af orientering hos insekterne med og uden lugtesans.
Mellemslægten konkluderer, at gødningsbiller bruger solen og vinden til deres orientering. I kontrollerede laboratorieforhold blev det konstateret, at vindkompasset dominerer over solkompasset i tilfælde af høje solpositioner, men situationen begynder at ændre sig, når solen nærmer sig horisonten.
Denne observation indikerer, at der er tale om et dynamisk multimodalt kompassystem, hvor interaktionen mellem de to modaliteter ændres i overensstemmelse med sensorisk information. Det vil sige, at billen orienterer sig på ethvert tidspunkt af dagen ved at stole på den mest pålidelige informationskilde på det specifikke tidspunkt (lav sol — orientering mod solen; høj sol — orientering mod vinden).
Efterfølgende besluttede forskerne at undersøge, om vinden hjælper billerne med orientering eller ej. Til dette blev der forberedt en arena med en diameter på 1 m med mad i midten. I alt gennemførte billerne 20 angreb ved høje solpositioner: 10 med vind og 10 uden vind (2F).
Som forventet, øgede tilstedeværelsen af vind nøjagtigheden af billernes orientering. Det blev bemærket, at i tidlige observationer af nøjagtigheden af solkompasset fordobles ændringen i azimut mellem to på hinanden følgende angreb ved høje solpositioner (> 75°) sammenlignet med lavere positioner (<60°).
Så vi forstod, at vinden spiller en vigtig rolle i orienteringen af gødningsbillen og kompenserer for unøjagtighederne i solkompasset. Men hvordan indsamler billen information om vindens hastighed og retning? Selvfølgelig er det mest åbenlyst, at det sker gennem antennerne. For at bekræfte dette udførte forskerne tests indendørs med en konstant luftstrøm (3 m/s) med deltagelse af to grupper af biller — med antenner og uden antenner (3A).
Billede nr. 3
Som hovedkriterium for nøjagtigheden af orientering fungerede ændringen i azimut mellem to angreb ved ændring af luftstrømmens retning med 180°.
Ændringen i bevægelsesretningen af biller med antenner var grupperet omkring 180°, i modsætning til biller uden antenner. Desuden var den gennemsnitlige absolutte ændring i azimut for biller uden antenner 104,4 ± 36,0°, hvilket er betydeligt differentieret fra den absolutte ændring hos biller med antenner — 141,0 ± 45,0° (grafen på 3B). Det vil sige, at insekter uden antenner ikke kunne navigere korrekt efter vinden. Men de kunne stadig navigere godt efter solen.
På billedet 3A vises opsætningen af testen for at undersøge insekternes evne til at kombinere information fra forskellige sensoriske modaliteter for at justere deres rute. Til dette formål var både orienteringspunkterne (vind + sol) til stede under første forsøg, eller kun ét orienteringspunkt (sol eller vind) under det andet. På denne måde blev multimodalitet og unimodalitet sammenlignet.
Observationerne viste, at ændringerne i insekternes bevægelsesretning efter overgangen fra multi- til unimodale orienteringer var koncentreret omkring 0°: kun vind: −8,2 ± 64,3°; kun sol: 16,5 ± 51,6° (diagrammerne i midten og til højre på 3C).
Denne egenskab ved orientering adskilte sig ikke fra den, der blev opnået ved at have to (sol + vind) orienteringspunkter (diagrammet til venstre på 3C).
Dette indikerer, at under kontrollerede forhold kan insektet bruge én orientering, hvis den anden ikke giver tilstrækkelig information, dvs. kompensere for unøjagtigheden af én orientering med den anden.
Hvis du tænker, at forskerne stoppede her, så er det ikke tilfældet. Næste skridt var at teste, hvor godt insekterne kunne huske informationen om én af orienteringerne, og om de brugte den i fremtiden som supplement. Der blev derfor lavet 4 forsøg: i det første var der 1 orientering (sol), i det andet og tredje blev der tilføjet vindstrøm, og under det fjerde var der kun vindstrøm. Der blev også gennemført en test, hvor orienteringerne var i omvendt rækkefølge: vind, sol+vind, sol+vind, sol.
Den foreløbige teori er, at hvis insekterne kan lagre information om begge orienteringer i det samme område af rumlig hukommelse i hjernen, så bør de bevare den samme retning i det første og fjerde forsøg, dvs. ændringer i bevægelsesretningen bør grupperes omkring 0°.
Image No. 4
De indsamlede data om ændring af azimut under det første og fjerde forsøg bekræftede den ovenfor beskrevne antagelse (4A), som blev yderligere bekræftet gennem modellering, hvis resultater er vist i diagrammet 4C (til venstre).
Som en ekstra kontrol blev der udført tests, hvor luftstrømmen blev erstattet med et område af ultraviolet lys (4B og 4C til højre). Resultaterne var praktisk talt identiske med resultaterne fra testene med sol og luftstrøm.
For mere detaljeret information om nuancerne i undersøgelsen anbefaler jeg at kigge i og til det.
Epilog
Samlet set viste resultaterne fra eksperimenterne både i naturlige omgivelser og i kontrollerede, at gødningsbillerne integrerer visuel og mekanosensorisk information i et fælles neuralt netværk og opbevarer det i form af et multimodalt kompas. Sammenligningen af effektiviteten ved at bruge enten solen eller vinden som pejlemærke viste, at billerne oftere anvendte den reference, der gav dem mere information. Den anden bruges mere som en reserve eller supplement.
Det kan virke ret almindeligt for os, men glem ikke, at vores hjerne også er meget større end en lille bæsse. Men som vi forstod, er selv de mindste skabninger i stand til komplekse mentale processer, da overlevelse i naturen ofte afhænger af enten styrke eller intelligens, og oftere end ikke en kombination af begge.
Fredags off-topic:
Selv billerne kæmper om byttet. Og det er ligegyldigt, at byttet er en kugle gødning.
(BBC Earth, David Attenborough)
Tak for opmærksomheden, forbliv nysgerrige og ha' en fantastisk weekend, folkens! 🙂
Tak fordi du er med os. Kan du lide vores artikler? Vil du se flere interessante materialer? Støt os ved at lave en bestilling eller anbefale os til dine bekendte. 30% rabat til brugere af Habr på en unik entry-level server, som vi har opfundet til dig: (tilgængelige muligheder med RAID1 og RAID10, op til 24 kerner og op til 40 GB DDR4).
Dell R730xd er 2 gange billigere? Kun hos os i Holland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fra 99 $! Læs om hvordan
Kilde: habr.com
