Es gibt Fragen, die wir uns gestellt haben oder auf die wir versucht haben, Antworten zu finden: Warum ist der Himmel blau, wie viele Sterne gibt es am Firmament, wer ist stärker – der Weiße Hai oder der Schwertwal usw. Und es gibt Fragen, die wir nicht gestellt haben, deren Antworten darauf aber nicht weniger interessant sind. Eine solche Frage könnte sein: Was haben die Forscher der Universitäten Lund (Schweden), Witwatersrand (Südafrika), Stockholm (Schweden) und Würzburg (Deutschland) gemeinsam entschieden zu untersuchen? Es muss sich um etwas sehr Wichtiges, sehr Komplexes und unglaublich Nützliches handeln. Ob das wirklich der Fall ist, ist schwer zu sagen, aber es ist mit Sicherheit faszinierend, nämlich – wie sich Mistkäfer im Raum orientieren. Auf den ersten Blick scheint es trivial zu sein, aber unsere Welt ist voller Dinge, die nicht so einfach sind, wie sie scheinen, und die Mistkäfer sind ein Beweis dafür. Also, was ist das Einzigartige an dem Navigationssystem des Mistkäfers, wie haben die Wissenschaftler das untersucht und welche Rolle spielt dabei der Wettbewerb? Auf diese und andere Fragen werden wir die Antworten im Bericht der Forschungsgruppe finden. Lassen Sie uns anfangen.
Der Hauptdarsteller
Zunächst sollten wir den Protagonisten dieser Studie kennenlernen. Er ist stark, fleißig, beharrlich, attraktiv und fürsorglich. Es handelt sich um einen Mistkäfer aus der Familie der Skarabaeidae.
Mistkäfer haben ihren wenig einladenden Namen aufgrund ihrer gastronomischen Vorlieben erhalten. Einerseits mag das ein wenig ekelhaft erscheinen, doch für den Mistkäfer ist es eine hervorragende Quelle für Nährstoffe, weshalb die meisten Arten dieser Familie keine anderen Nahrungsquellen und sogar kein Wasser benötigen. Die einzige Ausnahme bildet die Art Deltochilum valgum, deren Vertreter sich gerne von Tausendfüßlern ernähren.
Die Verbreitung von Mistkäfern kann von den meisten anderen Lebewesen nur beneidet werden, da sie auf allen Kontinenten außer Antarktika vorkommen. Ihr Lebensraum reicht von kühlen Wäldern bis hin zu heißen Wüsten. Offensichtlich ist es einfacher, große Ansammlungen von Mistkäfern in Gebieten zu treffen, die von Tieren bewohnt werden, die als „Fabriken“ für die Produktion ihrer Nahrung dienen. Mistkäfer ziehen es vor, Nahrung für die Zukunft zu lagern.
Ein kurzer Clip über Mistkäfer und die Herausforderungen ihres Lebensstils (BBC, David Attenborough).
Verschiedene Arten von Käfern haben ihre eigenen Verhaltensanpassungen. Einige formen aus Kot Kugeln, die sie vom Sammelort wegrollen und in ihren Bau vergraben. Andere graben Tunnel unter der Erde und füllen sie mit Nahrung. Wieder andere, die die Redensart über Mohammed und den Berg kennen, leben einfach in Haufen von Mist.
Nahrungsvorräte sind für den Käfer wichtig, nicht nur aus Gründen des Überlebens, sondern auch aus Sorge um die zukünftige Nachkommenschaft. Denn die Larven der Mistkäfer leben von dem, was ihre Eltern zuvor gesammelt haben. Je mehr Mist, also Nahrung für die Larven, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass sie überleben.
Ich stieß bei der Informationssammlung auf eine solche Formulierung, und sie klingt irgendwie nicht ganz gut, besonders der letzte Teil:…Die Männchen kämpfen um die Weibchen, indem sie mit den Beinen gegen die Wände des Tunnels drücken und mit ihren hornartigen Auswüchsen den Gegner stoßen… Einige Männchen besitzen keine Hörner und nehmen daher nicht am Kampf teil, haben jedoch größere Geschlechtsdrüsen und lauern dem Weibchen im benachbarten Tunnel auf…
Lassen Sie uns nun von der Poesie direkt zu der eigentlichen Untersuchung übergehen.
Wie bereits erwähnt, formen einige Arten von Mistkäfern Kugeln und rollen diese in einer geraden Linie, ohne auf die Qualität und Komplexität des gewählten Weges zu achten, in ein Versteck zur Lagerung. Dieses Verhalten der Käfer ist uns besonders gut bekannt durch zahlreiche Dokumentarfilme. Zudem wissen wir, dass sie neben ihrer Stärke (einige Arten können das 1000-fache ihres eigenen Gewichts heben), ihren gastronomischen Vorlieben und der Fürsorglichkeit für ihren Nachwuchs, auch hervorragend räumlich orientiert sind. Darüber hinaus sind sie die einzigen Insekten, die in der Lage sind, sich nachts an den Sternen zu orientieren.
In Südafrika (dem Ort der Beobachtungen) formt ein Mistkäfer, sobald er 'Beute' findet, eine Kugel und beginnt, diese in einer geraden Linie in eine beliebige Richtung zu rollen, vor allem weg von Konkurrenten, die nicht zögern werden, ihm die Nahrung abzunehmen. Folglich muss man, damit der Fluchtversuch erfolgreich ist, die ganze Zeit in dieselbe Richtung bewegen, ohne vom Kurs abzukommen.
Die Sonne ist, wie wir bereits wissen, ein zentrales Orientierungselement, aber sie ist nicht immer zuverlässig. Die Höhe der Sonne variiert im Laufe des Tages, was die Genauigkeit der Orientierung verringert. Warum also beginnen Käfer nicht, sich im Kreis zu drehen, sich zu verwirren und alle zwei Minuten auf die Karte zu schauen? Es ist logisch anzunehmen, dass die Sonne nicht die einzige Informationsquelle für die räumliche Orientierung ist. Hier stellte die Wissenschaftler die Hypothese auf, dass der Wind, genauer gesagt seine Richtung, als zweites Orientierungselement für die Käfer dient. Dies ist kein einzigartiges Merkmal, da auch Ameisen und sogar Kakerlaken den Wind zur Wegfindung nutzen können.
In ihrer Arbeit entschieden sich die Wissenschaftler zu untersuchen, wie Mistkäfer diese multimodale sensorische Information verwenden, wann sie es vorziehen, sich nach der Sonne zu orientieren und wann nach der Windrichtung, und ob sie beide Varianten gleichzeitig nutzen. Beobachtungen und Messungen wurden sowohl in der natürlichen Umgebung der Probanden als auch unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt.
Die Forschungsergebnisse
In dieser Studie spielte der Hauptproband den Käfer der Art Scarabaeus lamarcki, und die Beobachtungen in der natürlichen Umgebung wurden auf der Farm „Stonehenge“ in der Nähe von Johannesburg (Südafrika) durchgeführt.
Bild Nr. 1: Veränderungen der Windgeschwindigkeit im Laufe des Tages (A), Veränderungen der Windrichtung im Laufe des Tages (In).
Es wurden vorläufige Messungen von Windgeschwindigkeit und -richtung durchgeführt. Nachts war die Geschwindigkeit am niedrigsten (<0,5 m/s), stieg aber gegen den Sonnenaufgang an und erreichte ihren Tageshöchstwert (3 m/s) zwischen 11:00 und 13:00 Uhr (Sonnenhöhe ∼70°).
Die Geschwindigkeitswerte sind bemerkenswert, da sie den Schwellenwert von 0,15 m/s übersteigen, der für die menotaktische Orientierung von Mistkäfern erforderlich ist. Dabei fällt der Geschwindigkeitspeak zeitlich mit dem Höhepunkt der Käferaktivität zusammen. Scarabaeus lamarcki.
Die Käfer rollen ihre Beute in einer geraden Linie vom Sammelort über eine ausreichende Distanz. Im Durchschnitt benötigt der gesamte Weg 6,1 ± 3,8 Minuten. Daher müssen sie während dieses Zeitraums möglichst genau der Route folgen.
Wenn es um die Windrichtung geht, beträgt die durchschnittliche Veränderung der Windrichtung während des Höchstaktivitätszeitraums der Käfer (von 06:30 bis 18:30 Uhr) über einen Zeitraum von 6 Minuten nicht mehr als 27,0°.
Durch die Zusammenführung von Geschwindigkeits- und Windrichtungdaten über den Tag hinweg glauben die Wissenschaftler, dass solche Wetterbedingungen ausreichend für die multimodale Orientierung von Käfern sind.
Abbildung Nr. 2
Die Zeit der Beobachtungen ist gekommen. Um den möglichen Einfluss des Windes auf die Orientierungsmerkmale von Mistkäfern im Raum zu überprüfen, wurde eine runde 'Arena' geschaffen, in deren Mitte sich Nahrung befand. Die Käfer konnten ihre geformten Kugeln unter einem kontrollierten stabilen Luftstrom von 3 m/s in jede Richtung vom Zentrum aus rollen. Diese Tests wurden an klaren Tagen durchgeführt, wenn die Sonnenhöhe im Laufe des Tages wie folgt variierte: ≥75° (hoch), 45–60° (mittel) und 15–30° (niedrig).
Änderungen des Luftstroms und der Sonnenposition können zwischen zwei Anflügen des Käfers um 180° variieren (2A). Es ist auch zu beachten, dass Käfer nicht an Sklerose leiden, weshalb sie nach dem ersten Anflug ihre gewählte Route im Gedächtnis behalten. Bei diesem Wissen berücksichtigen die Wissenschaftler die Änderungen des Ausfallswinkels aus der Arena während des nachfolgenden Anflugs des Käfers als einen der Indikatoren für den Erfolg der Orientierung.
Bei einer Sonnenhöhe von ≥75° (hoch) wurde die Veränderung des Azimuts als Reaktion auf eine Änderung der Windrichtung um 180° zwischen dem ersten und zweiten Durchgang um 180 ° gruppiert (P <0,001, V-Test) mit einer durchschnittlichen Veränderung von 166,9 ± 79,3° (2B). Dabei führte die Veränderung der Sonnenposition (ein Spiegel wurde verwendet) um 180° zu einer kaum spürbaren 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 — mittlere Höhe: -15,9 ± 40,2 °; P < 0,001; niedrige Höhe: 7,1 ± 37,6 °, P <0,001 (2C und 2D). Im Gegensatz dazu führte die Änderung der Sonnenstrahlenrichtung um 180° zu einer gegenteiligen Reaktion, d.h. einer radikalen Veränderung der Bewegungsrichtung des Käfers — mittlere Höhe: 153,9 ± 83,3°; niedrige Höhe: −162 ± 69,4°; P <0,001 (untere Kreise bei 2A, 2C und 2D).
Es ist möglich, dass nicht der Wind selbst, sondern die Gerüche die Orientierung beeinflussen. Um dies zu überprüfen, wurden bei einer zweiten Gruppe von Käfern die distal gelegenen Segmente der Antennen, die für das Riechen verantwortlich sind, entfernt. Die Änderungen der Route als Antwort auf eine Änderung der Windrichtung um 180° wurden von diesen Käfern weiterhin signifikant um 180° gruppiert. Mit anderen Worten, es gibt faktisch keinen Unterschied in der Orientierungsfähigkeit zwischen Käfern mit und ohne Geruchssinn.
Die vorläufige Schlussfolgerung ist, dass Mistkäfer bei ihrer Orientierung sowohl die Sonne als auch den Wind nutzen. In kontrollierten Laborbedingungen wurde festgestellt, dass der Windkompass bei großen Sonnenhöhen über dem Sonnenschein dominiert, doch die Situation ändert sich, wenn die Sonne dem Horizont näher kommt.
Diese Beobachtung weist darauf hin, dass ein dynamisches multimodales kompassbasiertes System vorliegt, bei dem die Interaktion zwischen den beiden Modalitäten entsprechend den sensorischen Informationen variiert. Dies bedeutet, dass der Käfer zu jeder Tageszeit auf die verlässlichste Informationsquelle zum jeweiligen Zeitpunkt vertraut (Sonne niedrig – Referenz Sonne; Sonne hoch – Referenz Wind).
Zudem entschieden sich die Wissenschaftler zu überprüfen, ob der Wind den Käfern beim Navigieren hilft oder nicht. Dazu wurde eine Arena mit einem Durchmesser von 1 m und Nahrung in der Mitte vorbereitet. Insgesamt führten die Käfer 20 Anflüge bei hohem Sonnenstand durch: 10 mit Wind und 10 ohne Wind (2F).
Wie erwartet erhöhte das Vorhandensein von Wind die Genauigkeit der Navigation der Käfer. Es wurde festgestellt, dass in frühen Beobachtungen zur Genauigkeit des Sonnenkompasses die Änderung des Azimuts zwischen zwei aufeinander folgenden Anflügen sich verdoppelt bei hohem Sonnenstand (> 75°) im Vergleich zu niedrigerem Stand (< 60°).
Wir haben also festgestellt, dass der Wind eine wichtige Rolle bei der Orientierung von Mistkäfern spielt und Ungenauigkeiten des Sonnenkompasses ausgleicht. Aber wie sammelt der Käfer Informationen über Geschwindigkeit und Richtung des Windes? Offensichtlich geschieht dies über die Antennen. Um dies zu überprüfen, führten Wissenschaftler Tests in einem Raum mit konstantem Luftstrom (3 m/s) mit zwei Gruppen von Käfern durch - mit und ohne Antennen.3A).
Abbildung Nr. 3
Als Hauptkriterium für die Genauigkeit der Orientierung diente die Änderung des Azimuts zwischen zwei Durchgängen bei einer Änderung der Luftstromrichtung um 180°.
Die Änderung der Bewegungsrichtung der Käfer mit Antennen gruppierte sich um 180°, im Gegensatz zu den Käfern ohne Antennen. Zudem betrug die durchschnittliche absolute Änderung des Azimuts bei Käfern ohne Antennen 104,4 ± 36,0°, was erhebliche Unterschiede zur absoluten Änderung bei Käfern mit Antennen von 141,0 ± 45,0° zeigt (siehe Grafik auf 3V). Das bedeutet, dass Käfer ohne Antennen sich nicht richtig nach dem Wind orientieren konnten. Sie konnten sich jedoch immer noch gut nach der Sonne orientieren.
Im Bild 3A Hier wird die Testeinrichtung beschrieben, um die Fähigkeit der Käfer zu überprüfen, Informationen aus verschiedenen Sinnesmodalitäten zu kombinieren, um ihre Route zu korrigieren. Dazu waren sowohl der Wind als auch die Sonne während des ersten Durchgangs als Orientierungshilfen vorhanden, während während des zweiten Durchgangs nur eine Orientierungshilfe (entweder die Sonne oder der Wind) eingesetzt wurde. Dadurch wurde die Multimodalität mit der Unimodalität verglichen.
Beobachtungen zeigten, dass die Richtungsänderungen der Käfer nach dem Wechsel von multimodalen zu unimodalen Orientierungshilfen um 0° konzentriert waren: nur Wind: −8,2 ± 64,3°; nur Sonne: 16,5 ± 51,6° (Grafiken in der Mitte und rechts auf der 3C).
Diese Orientierungseigenschaft unterschied sich nicht von der, die bei Vorhandensein beider (Sonne + Wind) Orientierungshilfen registriert wurde (Grafik links auf der 3C).
Das bedeutet, dass der Käfer unter kontrollierten Bedingungen einen Bezugspunkt nutzen kann, wenn der andere nicht genügend Informationen liefert, um die Ungenauigkeit eines Bezugspunkts durch den anderen auszugleichen.
Wenn Sie denken, dass die Forschung an dieser Stelle endet, liegen Sie falsch. Als nächstes musste überprüft werden, wie gut die Käfer Informationen über einen der Referenzpunkte speichern und ob sie diese in der Zukunft als Unterstützung nutzen. Dazu wurden vier Versuche durchgeführt: Im ersten gab es einen Referenzpunkt (die Sonne), im zweiten und dritten wurde ein Luftstrom hinzugefügt, und während des vierten Versuchs war nur der Luftstrom vorhanden. Es wurde außerdem ein Test durchgeführt, bei dem die Referenzpunkte in umgekehrter Reihenfolge angeordnet waren: Wind, Sonne+Wind, Sonne+Wind, Sonne.
Die vorläufige Theorie besagt, dass, wenn die Käfer Informationen über beide Referenzpunkte im gleichen Bereich des räumlichen Gedächtnisses im Gehirn speichern können, sie in den ersten und vierten Versuchen die gleiche Richtung beibehalten sollten, d.h. die Änderungen in der Bewegungsrichtung sollten sich um 0° gruppieren.
Bild Nr. 4
Die gesammelten Daten zu den Änderungen des Azimuts während des ersten und vierten Versuchs bestätigten diese Annahme (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 UV-Fleck (4B und 4C rechts) ersetzt wurde. Die Ergebnisse waren nahezu identisch mit den Ergebnissen der Tests unter Verwendung von Sonnenlicht und Luftstrom.
Für eine detailliertere Auseinandersetzung mit den Feinheiten der Forschung empfehle ich einen Blick in und dazu.
Epilog
Die Gesamtheit der Experimente sowohl in natürlichen als auch in kontrollierten Umgebungen zeigte, dass visuelle und mechanosensorische Informationen bei Mistkäfern in einem gemeinsamen neuronalen Netzwerk zusammenlaufen und als Snapshot eines multimodalen Kompasses gespeichert werden. Der Vergleich der Effektivität der Nutzung von Sonne oder Wind als Referenzpunkt zeigte, dass die Käfer den Bezugspunkt bevorzugen, der ihnen mehr Informationen bietet. Der andere wird nur als sekundärer oder ergänzender Bezugspunkt verwendet.
Das mag für uns ganz alltäglich erscheinen, aber wir dürfen nicht vergessen, dass unser Gehirn viel größer ist als das eines kleinen Käfers. Doch wie wir festgestellt haben, sind selbst die kleinsten Wesen zu komplexen kognitiven Prozessen fähig, denn in der Wildnis hängt dein Überleben entweder von Stärke oder Intelligenz ab, oft jedoch von einer Kombination beider.
Freitagsthema:
Sogar Käfer kämpfen um Beute. Und es spielt keine Rolle, dass die Beute ein Stück Mist ist.
(BBC Earth, David Attenborough)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und ich wünsche Ihnen ein tolles Wochenende, Leute! 🙂
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Quelle: habr.com
