Es gibt Fragen, die wir entweder gestellt haben oder versucht haben zu beantworten: Warum ist der Himmel blau, wie viele Sterne gibt es am Himmel, wer ist stärker - der weiße Hai oder der Schwertwal usw. Und es gibt Fragen, die wir nicht gestellt haben, deren Antwort jedoch nicht weniger interessant ist. Eine solche Frage wäre: Was haben die Wissenschaftler der Universitäten Lund (Schweden), Witwatersrand (Südafrika), Stockholm (Schweden) und Würzburg (Deutschland) gemeinsam erforscht? Es muss etwas sehr Wichtiges, sehr Komplexes und unglaublich Nützliches sein. Nun, dies genau zu sagen, ist schwierig, aber es ist auf jeden Fall sehr spannend, und zwar – wie sich Mistkäfer im Raum orientieren. Auf den ersten Blick scheint das trivial zu sein, aber unsere Welt ist voller Dinge, die nicht so einfach sind, wie sie erscheinen, und die Mistkäfer sind dafür ein Beweis. Also, was ist so einzigartig an dem Navigationssystem des Mistkäfers, wie haben die Wissenschaftler das überprüft und welche Rolle spielt der Wettbewerb dabei? Auf diese und andere Fragen werden wir Antworten im Bericht der Forschungsgruppe finden. Los geht's.
Der Hauptdarsteller
Zunächst sollten wir den Hauptdarsteller dieser Forschung kennenlernen. Er ist stark, fleißig, beharrlich, schön und fürsorglich. Er ist ein Mistkäfer aus der Unterfamilie der Scarabaeoidea.
Die Mistkäfer haben ihren nicht besonders ansprechenden Namen aufgrund ihrer gastronomischen Vorlieben erhalten. Zum einen ist das etwas ekelhaft, doch für den Mistkäfer ist es eine hervorragende Nahrungsquelle, weshalb die meisten Arten dieser Familie keine anderen Nahrungsquellen und sogar kein Wasser benötigen. Die einzige Ausnahme ist die Art Deltochilum valgum, deren Vertreter gerne Tausendfüßler naschen.
Die Verbreitung der Mistkäfer könnte die meisten anderen Lebewesen neidisch machen, da sie auf allen Kontinenten außer der Antarktis leben. Ihr Lebensraum variiert von kühlen Wäldern bis zu heißen Wüsten. Offensichtlich trifft man große Ansammlungen von Mistkäfern eher in Gebieten an, in denen Tiere leben, die „Fabriken“ für ihr Futter sind. Mistkäfer ziehen es vor, Nahrung für die Zukunft zu lagern.
Ein kurzer Film über Mistkäfer und die Schwierigkeiten ihres Lebensstils (BBC, David Attenborough).
Verschiedene Käferarten haben ihre eigenen verhaltensbedingten Anpassungen. Einige bilden aus Kot Kugeln, die sie von ihrem Sammelort wegrollen und in ihrer Höhle vergraben. Andere graben Tunnel im Boden und füllen diese mit Nahrung. Und wieder andere, die das Sprichwort über Mohammed und das Unglück kennen, leben einfach in Kotansammlungen.
Nahrungsreserven sind für den Käfer wichtig, nicht so sehr aus Gründen des Selbstschutzes, sondern aus Fürsorge für die zukünftige Nachkommenschaft. Denn die Larven der Mistkäfer leben von dem, was ihre Eltern zuvor gesammelt haben. Je mehr Kot, also Nahrung für die Larven vorhanden ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie überleben.
Ich bin beim Sammeln von Informationen auf diese Formulierung gestoßen, und sie klingt irgendwie nicht sehr gut, besonders der letzte Teil:…Die Männchen kämpfen um die Weibchen, indem sie mit den Beinen gegen die Wände des Tunnels drücken und ihren Gegner mit ihren hornartigen Auswüchsen stoßen… Einige Männchen haben keine Hörner und treten deshalb nicht in den Kampf ein, besitzen jedoch größere Geschlechtsdrüsen und lauern dem Weibchen im benachbarten Tunnel auf…
Nun, von der Lyrik wenden wir uns direkt der Forschung zu.
Wie ich bereits erwähnt habe, bilden einige Arten von Mistkäfern Kugeln und rollen sie in einer geraden Linie, ohne auf die Qualität und Komplexität des gewählten Weges zu achten, in ihre Lagernester. Genau mit diesem Verhalten dieser Käfer sind wir durch zahlreiche Dokumentarfilme am besten vertraut. Außerdem wissen wir, dass die Mistkäfer neben ihrer Kraft (einige Arten können das 1000-fache ihres eigenen Gewichts heben), ihren gastronomischen Vorlieben und ihrer Fürsorge um die Nachkommenschaft auch hervorragend räumlich orientiert sind. Darüber hinaus sind sie die einzigen Insekten, die sich nachts anhand der Sterne orientieren können.
In Südafrika (dem Beobachtungsort) bildet ein Mistkäfer, nachdem er „Beute“ gefunden hat, eine Kugel und beginnt, diese in einer geraden Linie in eine zufällige Richtung zu rollen, hauptsächlich weg von Konkurrenten, die nicht zögern würden, ihm die erlangte Nahrung wegzunehmen. Folglich muss man, damit die Flucht effektiv ist, die ganze Zeit in die gleiche Richtung bewegen, ohne vom Kurs abzukommen.
Die Sonne ist, wie wir bereits wissen, der Hauptorientierungspunkt, aber sie ist nicht die zuverlässigsten. Die Höhe der Sonne verändert sich im Laufe des Tages, was die Genauigkeit der Orientierung verringert. Warum beginnen Käfer also nicht, im Kreis zu laufen, sich in der Richtung zu verirren und alle zwei Minuten auf die Karte zu schauen? Es liegt nahe zu vermuten, dass die Sonne nicht die einzige Informationsquelle für die Orientierung im Raum ist. Wissenschaftler vermuteten, dass der Wind, genauer gesagt seine Richtung, ein zweiter Orientierungspunkt für die Käfer ist. Dies ist keine einzigartige Eigenschaft, da Ameisen und sogar Kakerlaken in der Lage sind, den Wind zur Wegfindung zu nutzen.
In ihrer Studie beschlossen die Wissenschaftler zu überprüfen, wie Mistkäfer diese multimodale sensorische Information nutzen, wann sie es vorziehen, sich an der Sonne zu orientieren und wann an der Windrichtung, und ob sie beide Optionen gleichzeitig verwenden. Es wurden Beobachtungen und Messungen in der natürlichen Umgebung der Probanden sowie unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt.
Ergebnisse der Studie
Im vorliegenden Forschungsprojekt spielte der Hauptproband einen Käfer der Art Scarabaeus lamarcki, und die Beobachtungen in der natürlichen Umgebung wurden auf der Farm „Stonehenge“, nicht weit von Johannesburg (Südafrika), durchgeführt.
Bild Nr. 1: Änderungen der Windgeschwindigkeit im Laufe eines Tages (A), Änderungen der Windrichtung im Laufe eines Tages (Im).
Es wurden Voruntersuchungen zur Windgeschwindigkeit und -richtung durchgeführt. Nachts war die Geschwindigkeit am niedrigsten (<0,5 m/s), stieg jedoch gegen den Sonnenaufgang an und erreichte ihren täglichen Höchstwert (3 m/s) zwischen 11:00 und 13:00 Uhr (Sonnenhöhe ∼70°).
Die Geschwindigkeitswerte sind bemerkenswert, da sie die Schwelle von 0,15 m/s überschreiten, die für die menotaktische Orientierung der Mistkäfer erforderlich ist. Der Geschwindigkeitspeak tritt zeitlich mit dem Aktivitätsmaximum der Käfer zusammen. Scarabaeus lamarcki.
Käfer rollen ihre Beute in einem geraden Verlauf von der Sammelstelle über eine beträchtliche Distanz. Im Durchschnitt dauert die gesamte Strecke 6.1 ± 3.8 Minuten. Daher müssen sie in diesem Zeitabschnitt den Kurs so genau wie möglich einhalten.
Wenn wir über die Windrichtung sprechen, beträgt die durchschnittliche Veränderung der Windrichtung während der maximalen Aktivitätsphase der Käfer (von 06:30 bis 18:30 Uhr) in einem Zeitraum von 6 Minuten nicht mehr als 27.0°.
Indem die Daten zur Geschwindigkeit und Richtung des Windes während des Tages zusammengeführt werden, sind die Wissenschaftler der Meinung, dass solche Wetterbedingungen ausreichen, um die multimodale Orientierung von Käfern zu beeinflussen.
Abbildung Nr. 2
Es ist Zeit für Beobachtungen. Um den möglichen Einfluss des Windes auf die Orientierungsmerkmale von Mistkäfern im Raum zu überprüfen, wurde eine runde „Arena“ geschaffen, in deren Zentrum sich Nahrung befand. Die Käfer konnten ihre geformten Kugeln in jede Richtung vom Zentrum aus rollen, während ein stabiler Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s kontrolliert wurde. Diese Tests wurden an klaren Tagen durchgeführt, an denen die Sonnenhöhe im Verlauf des Tages folgendermaßen variierte: ≥75° (hoch), 45–60° (mittel) und 15–30° (niedrig).
Die Änderungen des Luftstroms und der Sonnenposition können sich zwischen zwei Anflügen des Käfers um 180° ändern (2A). Es ist auch zu beachten, dass Käfer nicht an Sklerose leiden, weshalb sie nach dem ersten Anflug den gewählten Weg im Gedächtnis behalten. In Anbetracht der Tatsache berücksichtigen die Wissenschaftler die Änderungen des Ausgangleitswinkels während des folgenden Anflugs des Käfers als einen der Indikatoren für den Erfolg der Orientierung.
Bei einer Sonnenhöhe von ≥75° (hoch) wurden die Änderungen des Azimuts als Reaktion auf die Änderung der Windrichtung um 180° zwischen dem ersten und zweiten Anflug um 180 ° gruppiert (P <0,001, V-Test) mit einer durchschnittlichen Änderung von 166,9 ± 79,3° (2B). Dabei führte eine Veränderung der Sonnenposition (ein Spiegel wurde verwendet) um 180° zu einer kaum bemerkbaren Reaktion von 13,7 ± 89,1° (unterer Kreis bei 2B).
). Interessanterweise hielten sich die Käfer bei mittlerer und niedriger Sonnenhöhe an ihre Routen, trotz der Änderungen der Windrichtung — durchschnittliche Höhe: -15,9 ± 40,2 °; P < 0,001; niedrige Höhe: 7,1 ± 37,6 °, P <0,001 (2C und 2D). Die Änderungen der Richtung der Sonnenstrahlen um 180° hingegen hatten eine umgekehrte Reaktion, also eine radikale Änderung der Richtung des Käferweges — durchschnittliche Höhe: 153,9 ± 83,3°; niedrige Höhe: −162 ± 69,4°; P <0,001 (untere Kreise bei 2A, 2C und 2D).
). Möglicherweise beeinflussen nicht der Wind selbst, sondern die Gerüche die Orientierung. Um dies zu überprüfen, wurden der zweiten Gruppe von getesteten Käfern die distalen Segmente der Antennen entfernt, die für den Geruchssinn verantwortlich sind. Die Änderungen der Route als Reaktion auf die Veränderung der Windrichtung um 180°, wie sie von diesen Käfern gezeigt wurden, waren immer noch signifikant um 180° gruppiert. Mit anderen Worten, der Unterschied in der Orientierungsfähigkeit der Käfer mit und ohne Geruchssinn ist tatsächlich nicht vorhanden.
Der vorläufige Schluss ist, dass Mistkäfer bei ihrer Orientierung die Sonne und den Wind nutzen. Unter kontrollierten Laborbedingungen wurde festgestellt, dass der Windkompass bei hohen Sonnenständen über dem Sonnenkompass dominiert, jedoch ändert sich die Situation, wenn die Sonne dem Horizont näher kommt.
Diese Beobachtung weist darauf hin, dass ein dynamisches multimodales Kompasssystem vorliegt, in dem die Interaktion zwischen den beiden Modalitäten entsprechend den sensorischen Informationen verändert wird. Das heißt, der Käfer orientiert sich zu jeder Tageszeit und verlässt sich auf die verlässlichste Informationsquelle im jeweiligen Moment (niedrige Sonne – Orientierung an der Sonne; hohe Sonne – Orientierung am Wind).
Die Wissenschaftler wollten nun überprüfen, ob der Wind den Käfern bei der Orientierung hilft oder nicht. Dazu wurde eine Arena mit einem Durchmesser von 1 m und Nahrung in der Mitte vorbereitet. Insgesamt unternahmen die Käfer 20 Versuche bei hohen Sonnenständen: 10 mit Wind und 10 ohne Wind (2F).
Wie erwartet erhöhte die Präsenz von Wind die Genauigkeit der Orientierung der Käfer. Es wurde festgestellt, dass in frühen Beobachtungen zur Genauigkeit des Sonnenkompasses die Änderung des Azimuts zwischen zwei aufeinanderfolgenden Versuchen bei hohen Sonnenständen (> 75°) im Vergleich zu niedrigeren Ständen (< 60°) doppelt so groß war.
Wir haben also verstanden, dass der Wind eine wichtige Rolle bei der Orientierung der Mistkäfer spielt und die Ungenauigkeiten des Sonnenkompasses ausgleicht. Aber wie sammelt der Käfer Informationen über die Geschwindigkeit und Richtung des Windes? Offensichtlich geschieht dies über die Antennen. Um dies zu überprüfen, führten die Wissenschaftler Tests in einem Raum mit konstantem Luftstrom (3 m/s) mit zwei Gruppen von Käfern durch – mit und ohne Antennen (3A).
Bild Nr. 3
Das Hauptkriterium für die Genauigkeit der Orientierung war die Änderung des Azimuts zwischen zwei Versuchen bei einer Richtungsänderung des Luftstroms um 180°.
Die Richtungsänderung der Käfer mit Antennen gruppierte sich um 180°, im Gegensatz zu den Käfern ohne Antennen. Außerdem betrug die durchschnittliche absolute Änderung des Azimuts bei den Käfern ohne Antennen 104,4 ± 36,0°, was sich stark von der absoluten Änderung bei den Käfern mit Antennen – 141,0 ± 45,0° – unterschied (Diagramm auf 3B). Das heißt, Käfer ohne Fühler konnten sich nicht gut nach dem Wind orientieren. Dennoch fanden sie sich weiterhin gut nach der Sonne zurecht.
In der Abbildung 3A Es wird die Installation eines Tests gezeigt, um die Fähigkeit der Käfer zu überprüfen, Informationen aus verschiedenen sensorischen Modalitäten zu kombinieren, um ihren Kurs zu korrigieren. Dabei waren im Test beide Referenzen (Wind + Sonne) während des ersten Durchgangs oder nur eine Referenz (Sonne oder Wind) während des zweiten vorhanden. So wurde Multimodalität und Unimodalität verglichen.
Beobachtungen zeigten, dass die Änderung der Bewegungsrichtung der Käfer beim Wechsel von einer multi- zu unimodalen Referenz um 0° konzentriert war: nur Wind: −8,2 ± 64,3°; nur Sonne: 16,5 ± 51,6° (Grafiken in der Mitte und rechts auf 3C).
Dieses Orientierungsergebnis unterschied sich nicht von dem, das unter Anwesenheit beider (Sonne + Wind) Referenzen ermittelt wurde (Grafik links auf 3C).
Dies deutet darauf hin, dass der Käfer unter kontrollierten Bedingungen eine Referenz verwenden kann, wenn die andere nicht genügend Informationen liefert, d.h. die Ungenauigkeit einer Referenz durch die andere kompensiert.
Wenn Sie denken, dass die Wissenschaftler hierauf aufgegeben haben, liegen Sie falsch. Es musste weiter überprüft werden, wie gut die Käfer Informationen über eine der Referenzen speichern und ob sie diese in der Zukunft als Ergänzung verwenden. Dazu wurden 4 Durchgänge durchgeführt: im ersten gab es 1 Referenz (Sonne), im zweiten und dritten wurde der Luftstrom hinzugefügt, und während des vierten gab es nur den Luftstrom. Es wurde auch ein Test durchgeführt, in dem die Referenzen in umgekehrter Reihenfolge angeordnet waren: Wind, Sonne+Wind, Sonne+Wind, Sonne.
Die vorläufige Theorie besagt, dass, wenn Käfer Informationen über beide Referenzen im gleichen Bereich des räumlichen Gedächtnisses im Gehirn speichern können, sie in der ersten und vierten Runde die gleiche Richtung beibehalten sollten, d.h. Änderungen in der Bewegungsrichtung sollten sich um 0° gruppieren.
Abbildung Nr. 4
Die gesammelten Daten zur Azimutänderung während des ersten und vierten Durchgangs bestätigten die oben beschriebene Hypothese (4A), die zusätzlich durch Modellierungen verifiziert wurde, deren Ergebnisse in Grafik 4C (links) dargestellt sind.
Als zusätzliche Überprüfung wurden Tests durchgeführt, bei denen der Luftstrom durch einen Bereich von Ultraviolett (4B und 4C rechts) ersetzt wurde. Die Ergebnisse waren nahezu identisch mit den Ergebnissen der Tests mit Sonne und Luftstrom.
Für eine detailliertere Auseinandersetzung mit den Nuancen der Studie empfehle ich einen Blick in den und dazu.
Epilog
Die Gesamtheit der Experimentergebnisse sowohl in der natürlichen als auch in der kontrollierten Umgebung zeigte, dass visuelle und mechanosensorische Informationen bei Käfern in einem gemeinsamen neuronalen Netzwerk zusammengeführt und als Momentaufnahme eines multimodalen Kompasses gespeichert werden. Der Vergleich der Effektivität der Nutzung von entweder Sonne oder Wind als Orientierungshilfe zeigte, dass die Käfer bevorzugt die Orientierungshilfe verwenden, die ihnen die meisten Informationen bietet. Die zweite wird hingegen als Backup oder ergänzend genutzt.
Das mag für uns eine ganz gewöhnliche Sache sein, aber man sollte nicht vergessen, dass unser Gehirn viel größer ist als das eines kleinen Käfers. Doch wie wir verstanden haben, sind selbst die kleinsten Kreaturen zu komplexen geistigen Prozessen fähig, denn in der Wildnis hängt dein Überleben entweder von Stärke oder Verstand ab, oft aber von einer Kombination aus beidem.
Freitags Off-Topic:
Selbst Käfer kämpfen um die Beute. Und es spielt keine Rolle, dass die Beute ein kleiner Haufen Mist ist.
(BBC Earth, David Attenborough)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie ein großartiges Wochenende, Leute! 🙂
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Quelle: habr.com
