Der er spørgsmål, som vi stillede eller forsøgte at besvare: hvorfor er himlen blå, hvor mange stjerner er der på himlen, hvem er stærkest - en hvidhaj eller en spækhugger osv. Og der er spørgsmål, som vi ikke stillede, men det gør ikke svaret mindre interessant. Sådanne spørgsmål omfatter følgende: Hvad var så vigtigt, at forskere fra universiteterne i Lund (Sverige), Witwatersrand (Sydafrika), Stockholm (Sverige) og Würzburg (Tyskland) kombinerede? Dette er sandsynligvis noget meget vigtigt, meget komplekst og utrolig nyttigt. Nå, det er svært at sige med sikkerhed om dette, men det er bestemt meget interessant, nemlig hvordan møgbiller navigerer i rummet. Ved første øjekast er alt her trivielt, men vores verden er fuld af ting, der ikke er så enkle, som de ser ud til, og det er møgbiller et bevis på. Så hvad er så unikt ved møgbillens navigationssystem, hvordan testede videnskabsmænd det, og hvad har konkurrence med det at gøre? Vi finder svar på disse og andre spørgsmål i forskergruppens rapport. Gå.
hovedperson
Først og fremmest er det værd at lære hovedpersonen i denne undersøgelse at kende. Han er stærk, hårdtarbejdende, vedholdende, smuk og omsorgsfuld. Det er en møgbille fra overfamilien Scarabaeidae.
Møgbiller fik deres ikke særlig attraktive navn på grund af deres gastronomiske præferencer. På den ene side er dette lidt groft, men for møgbillen er det en fremragende kilde til næringsstoffer, hvorfor de fleste arter af denne familie ikke har brug for andre kilder til føde eller endda vand. Den eneste undtagelse er arten Deltochilum valgum, hvis repræsentanter elsker at feste på tusindben.
Udbredelsen af møgbiller er misundelse hos de fleste andre levende væsener, da de lever på alle kontinenter undtagen Antarktis. Levestedet spænder fra kølige skove til varme ørkener. Det er klart, at det er lettere at finde store koncentrationer af møgbiller i dyrehabitater, der er "fabrikker" til produktion af deres føde. Møgbiller foretrækker at opbevare mad til fremtiden.
En kort video om møgbiller og kompleksiteten af deres levevis (BBC, David Attenborough).
Forskellige arter af biller har deres egne adfærdsmæssige tilpasningsegenskaber. Nogle danner kugler af gødning, som rulles fra opsamlingsstedet og graves ned i et hul. Andre graver tunneler under jorden og fylder dem med mad. Og atter andre, som kender ordsproget om Muhammed og sorg, lever simpelthen i dynger af møg.
Fødevareforsyninger er vigtige for billen, men ikke så meget af hensyn til selvopretholdelse, men af hensyn til omsorg for fremtidige afkom. Faktum er, at møgbillelarver lever i det, deres forælder indsamlede tidligere. Og jo mere gødning, altså mad til larverne, jo større er sandsynligheden for, at de overlever.
Jeg stødte på denne formulering i processen med at indsamle information, og det lyder ikke særlig godt, især den sidste del:... Hanner kæmper for hunnerne, hviler fødderne mod tunnelens vægge og skubber deres modstander med hornlignende udvækster ... Nogle hanner har ikke horn og deltager derfor ikke i kamp, men har større kønskirtler og vagt hunnen i den næste tunnel ...
Nå, lad os gå videre fra teksterne direkte til selve researchen.
Som jeg nævnte tidligere, danner nogle arter af møgbiller bolde og ruller dem i en lige linje, uanset kvaliteten eller sværhedsgraden af den valgte rute, ind i et opbevaringshul. Det er denne adfærd hos disse biller, vi er mest bekendt med takket være adskillige dokumentarfilm. Vi ved også, at ud over styrke (nogle arter kan løfte 1000 gange deres egen vægt), gastronomiske præferencer og pleje af deres afkom, har møgbiller fremragende rumlig orientering. Desuden er de de eneste insekter, der er i stand til at navigere om natten ved hjælp af stjernerne.
I Sydafrika (placeringen af observationerne) danner en møgbille, efter at have fundet "bytte", en bold og begynder at rulle den i en lige linje i en tilfældig retning, vigtigst af alt væk fra konkurrenter, der ikke vil tøve med at tage væk den mad, den har fået. For at en flugt skal være effektiv, skal du derfor bevæge dig i samme retning hele tiden uden at gå ud af kurs.
Solen er det vigtigste referencepunkt, som vi allerede ved, men det er ikke det mest pålidelige. Solens højde ændrer sig i løbet af dagen, hvilket reducerer nøjagtigheden af orienteringen. Hvorfor begynder billerne ikke at løbe i cirkler, bliver forvirrede i retningen og tjekker kortet hvert 2. minut? Det er logisk at antage, at solen ikke er den eneste informationskilde til rumlig orientering. Og så foreslog forskere, at det andet referencepunkt for biller er vinden, eller rettere dens retning. Dette er ikke en unik egenskab, da myrer og endda kakerlakker er i stand til at bruge vinden til at finde vej.
I deres arbejde besluttede forskerne at teste, hvordan møgbiller bruger denne multimodale sensoriske information, hvornår de foretrækker at navigere efter solen og hvornår efter vindens retning, og om de bruger begge muligheder samtidigt. Observationer og målinger blev foretaget i forsøgspersonernes naturlige miljø samt under simulerede, kontrollerede laboratorieforhold.
Forskningsresultater
I denne undersøgelse blev hovedemnets rolle spillet af en bille af arten Scarabaeus lamarcki, og observationer i det naturlige miljø blev udført på Stonehenge-gårdens territorium nær Johannesburg (Sydafrika).
Billede nr. 1: ændringer i vindhastighed i løbet af dagen (А), ændringer i vindretning i løbet af dagen (В).
Der blev foretaget foreløbige målinger af vindhastighed og vindretning. Om natten var hastigheden lavest (<0,5 m/s), men steg tættere på daggry og nåede et dagligt toppunkt (3 m/s) mellem kl. 11:00 og 13:00 (solhøjde ~70°).
Hastighedsværdierne er bemærkelsesværdige, fordi de overstiger tærsklen på 0,15 m/s, der kræves til menotaktisk orientering af møgbiller. I dette tilfælde falder den maksimale vindhastighed på tidspunktet af dagen sammen med billers højeste aktivitet Scarabaeus lamarcki.
Billerne ruller deres bytte i en lige linje fra opsamlingsstedet til en ret stor afstand. I gennemsnit tager hele ruten 6.1 ± 3.8 minutter. Derfor skal de i denne periode følge ruten så præcist som muligt.
Hvis vi taler om vindretning, så i perioden med maksimal aktivitet af biller (fra 06:30 til 18:30), er den gennemsnitlige ændring i vindretningen i løbet af en periode på 6 minutter ikke mere end 27.0 °.
Ved at kombinere data om vindhastighed og retning i løbet af dagen mener forskerne, at sådanne vejrforhold er tilstrækkelige til multimodal navigation af biller.
Billede #2
Det er tid til at observere. For at teste vindens mulige indflydelse på møgbillernes rumlige orienteringskarakteristika blev der skabt en cirkulær "arena" med mad i midten. Billerne var frie til at rulle de bolde, de dannede, i enhver retning fra midten i nærværelse af en kontrolleret, stabil luftstrøm med en hastighed på 3 m/s. Disse test blev udført på klare dage, hvor solhøjden varierede i løbet af dagen som følger: ≥75° (høj), 45-60° (midt) og 15-30° (lav).
Ændringer i luftstrøm og solposition kan ændre sig op til 180° mellem to billebesøg (2А). Det er også værd at overveje, at biller ikke lider af sclerose, og derfor husker de efter det første besøg den rute, de har valgt. Ved at vide dette tager forskerne højde for ændringer i udgangsvinklen fra arenaen under den efterfølgende indtræden af billen som en af indikatorerne for succesen med orientering.
Når solhøjde ≥75° (høj), blev ændringer i azimut som reaktion på en 180° ændring i vindretning mellem første og andet sæt samlet omkring 180° (P < 0,001, V-test) med en gennemsnitlig ændring på 166.9 ± 79.3 ° (2B). I dette tilfælde forårsagede en ændring i solens position (der blev brugt et spejl) med 180° en subtil reaktion på 13,7 ± 89,1° (nederste cirkel på 2B).
Interessant nok, ved middel og lav solhøjde holdt biller sig til deres ruter på trods af ændringer i vindretningen - gennemsnitlig højde: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; lav højde: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Men at ændre retningen af solens stråler med 180° havde den modsatte reaktion, det vil sige en radikal ændring i retningen af billens rute - gennemsnitlig højde: 153,9 ± 83,3°; lav højde: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (nederste cirkler ind 2А, 2С и 2D).
Måske påvirkes orienteringen ikke af vinden selv, men af lugte. For at teste dette fik en anden gruppe testbiller fjernet deres distale antennesegmenter, som er ansvarlige for deres lugtesans. Ruteændringer som reaktion på 180° ændringer i vindretningen udvist af disse biller var stadig betydeligt samlet omkring 180°. Der er med andre ord stort set ingen forskel på orienteringsgraden mellem biller med og uden lugtesans.
En mellemkonklusion er, at møgbiller bruger solen og vinden i deres orientering. I dette tilfælde fandt man under kontrollerede laboratorieforhold ud af, at vindkompasset dominerer over solkompasset i høje solhøjder, men situationen begynder at ændre sig, når solen nærmer sig horisonten.
Denne observation indikerer, at der er et dynamisk multimodalt kompassystem på plads, hvor interaktionen mellem de to modaliteter ændres i henhold til sensorisk information. Det vil sige, at billen navigerer på et hvilket som helst tidspunkt af dagen og er afhængig af den mest pålidelige informationskilde i det pågældende øjeblik (solen er lav - solen er en reference; solen er høj - vinden er en reference).
Dernæst besluttede forskerne at tjekke, om vinden hjælper med at orientere billerne eller ej. Til dette formål blev en arena med en diameter på 1 m forberedt med mad i midten. I alt lavede billerne 20 solnedgange i en høj position af solen: 10 med vind og 10 uden vind (2F).
Som forventet øgede tilstedeværelsen af vind billernes orienteringsnøjagtighed. Det bemærkes, at i tidlige observationer af solkompas nøjagtighed fordobles ændringen i azimut mellem to på hinanden følgende sæt ved en høj solposition (>75°) sammenlignet med en lavere position (<60°).
Så vi indså, at vinden spiller en vigtig rolle i orienteringen af møgbiller og kompenserer for unøjagtighederne i solkompasset. Men hvordan indsamler en bille information om vindhastighed og vindretning? Det mest oplagte er selvfølgelig, at dette sker gennem antennerne. For at verificere dette udførte forskere indendørs tests ved en konstant luftstrøm (3 m/s) med deltagelse af to grupper af biller - med og uden antenner (3A).
Billede #3
Hovedkriteriet for orienteringsnøjagtighed var ændringen i azimut mellem to tilgange, når luftstrømmens retning ændredes med 180°.
Ændringer i bevægelsesretningen for biller med antenner blev samlet omkring 180°, i modsætning til biller uden antenner. Derudover var den gennemsnitlige absolutte ændring i azimut for biller uden antenner 104,4 ± 36,0°, hvilket er meget forskellig fra den absolutte ændring for biller med antenner - 141,0 ± 45,0° (graf i 3V). Det vil sige, at biller uden antenner ikke kunne navigere normalt i vinden. De var dog stadig godt orienteret af solen.
På billedet 3А viser en testopsætning for at teste billernes evne til at kombinere information fra forskellige sensoriske modaliteter for at justere deres rute. For at gøre dette inkluderede testen begge pejlemærker (vind + sol) under den første indflyvning, eller kun ét pejlemærke (sol eller vind) under den anden. På denne måde blev multimodalitet og unmodalitet sammenlignet.
Observationer viste, at ændringer i billers bevægelsesretning efter overgangen fra et multi- til et unimodalt vartegn var koncentreret omkring 0°: kun vind: −8,2 ± 64,3°; Kun sol: 16,5 ± 51,6° (grafer i midten og til højre 3C).
Denne orienteringskarakteristik adskilte sig ikke fra den, der blev opnået i nærværelse af to (sol + vind) vartegn (graf til venstre i 3С).
Dette tyder på, at en bille under kontrollerede forhold kan bruge et vartegn, hvis det andet ikke giver tilstrækkelig information, det vil sige kompensere for unøjagtigheden af et vartegn med det andet.
Hvis du tror, at videnskabsmænd stoppede der, så er det ikke tilfældet. Dernæst var det nødvendigt at tjekke, hvor godt billerne opbevarer information om et af vartegnene, og om de i fremtiden bruger det som supplement. Til dette formål blev der udført 4 tilgange: i den første var der 1 vartegn (solen), i den anden og tredje blev der tilføjet en luftstrøm, og i løbet af den fjerde var der kun en luftstrøm. Der blev også udført en test, hvor pejlemærkerne var i omvendt rækkefølge: vind, sol + vind, sol + vind, sol.
En tentativ teori er, at hvis biller kan gemme information om begge pejlemærker i samme rumlige hukommelsesregion i hjernen, så bør de bevare samme retning i det første og fjerde besøg, dvs. ændringer i bevægelsesretningen bør samle sig omkring 0°.
Billede #4
De indsamlede data om ændringen i azimut under den første og fjerde kørsel bekræftede ovenstående antagelse (4A), som blev yderligere bekræftet gennem modellering, hvis resultater er afbildet i graf 4C (til venstre).
Som en ekstra kontrol blev der udført test, hvor luftstrømmen blev erstattet af en ultraviolet plet (4B og 4C til højre). Resultaterne var næsten identiske med sol- og luftstrømstesten.
For et mere detaljeret bekendtskab med nuancerne i undersøgelsen, anbefaler jeg at se på и til ham.
Epilog
Kombinationen af resultater fra eksperimenter i både naturlige og kontrollerede miljøer viste, at i møgbiller konvergerer visuel og mekanosensorisk information i et fælles neuralt netværk og lagres som et øjebliksbillede af et multimodalt kompas. En sammenligning af effektiviteten af at bruge enten solen eller vinden som reference viste, at biller havde en tendens til at bruge den reference, der gav dem mere information. Den anden bruges som ekstra eller komplementær.
Dette kan virke som en meget almindelig ting for os, men glem ikke, at vores hjerne er meget større end en lille bugs. Men, som vi har lært, er selv de mindste skabninger i stand til komplekse mentale processer, for i naturen afhænger din overlevelse af enten styrke eller intelligens, og oftest af en kombination af begge.
Fredag off-top:
Selv biller kæmper om bytte. Og det gør ikke noget, at byttet er en møgkugle.
(BBC Earth, David Attenborough)
Tak fordi du læste med, bliv nysgerrig og hav en god weekend gutter! 🙂
Tak fordi du blev hos os. Kan du lide vores artikler? Vil du se mere interessant indhold? Støt os ved at afgive en ordre eller anbefale til venner, 30% rabat til Habr-brugere på en unik analog af entry-level servere, som er opfundet af os til dig: (tilgængelig med RAID1 og RAID10, op til 24 kerner og op til 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 gange billigere? Kun her i Holland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fra $99! Læse om
Kilde: www.habr.com