Hay preguntas que nos hemos hecho o intentado responder: por qué el cielo es azul, cuántas estrellas hay en el firmamento, quién es más fuerte: el tiburón blanco o la orca, etc. Y hay preguntas que no hemos hecho, pero cuya respuesta no se vuelve menos interesante. Una de estas preguntas podría ser: ¿qué decidieron investigar los científicos de las universidades de Lund (Suecia), Wits (Sudáfrica), Estocolmo (Suecia) y Wurzburgo (Alemania) en conjunto? Probablemente se trate de algo muy importante, muy complejo e increíblemente útil. Bueno, al respecto es difícil afirmar algo con certeza, pero definitivamente es bastante intrigante, y en particular: cómo se orientan en el espacio los escarabajos peloteros. A primera vista, parece trivial, pero nuestro mundo está lleno de cosas que no son tan simples como parecen, y los escarabajos peloteros son una prueba de ello. Entonces, ¿qué hay de único en el sistema de navegación del escarabajo pelotero, cómo lo verificaron los científicos y qué tiene que ver la competencia en esto? Encontraremos respuestas a estas y otras preguntas en el informe del grupo de investigación. Vamos.
El protagonista
En primer lugar, hay que conocer al protagonista de esta investigación. Es fuerte, trabajador, perseverante, atractivo y cariñoso. Es un escarabajo pelotero de la superfamilia de los escarabajos.
Los escarabajos peloteros recibieron su poco atractivo nombre debido a sus preferencias gastronómicas. Por un lado, es un poco desagradable, pero para el escarabajo pelotero es una excelente fuente de nutrientes, razón por la cual la mayoría de las especies de esta familia no necesitan otras fuentes de alimento ni siquiera agua. La única excepción es la especie Deltochilum valgum, cuyos miembros disfrutan de un banquete de ciempiés.
La abundancia de los escarabajos peloteros podría ser envidiada por la mayoría de los otros seres vivos, ya que habitan en todos los continentes, excepto en la Antártida. Su hábitat varía desde bosques templados hasta desiertos calurosos. Es evidente que es más fácil encontrar grandes agrupaciones de escarabajos peloteros en lugares donde habitan animales que son fábricas para producir su comida. Los escarabajos peloteros prefieren almacenar comida para el futuro.
Un breve video sobre los escarabajos peloteros y las dificultades de su estilo de vida (BBC, David Attenborough).
Diferentes tipos de escarabajos tienen sus propias características adaptativas de comportamiento. Algunos forman bolitas de estiércol que ruedan desde el lugar de recolección y las entierran en su madriguera. Otros cavan túneles bajo tierra, llenándolos de comida. Y otros, quienes conocen el dicho sobre Mahoma y la montaña, simplemente viven en grupos de estiércol.
Las reservas de alimento son importantes para el escarabajo, no tanto por razones de supervivencia, sino por la preocupación por su descendencia futura. La cuestión es que las larvas de los escarabajos coprófagos viven de lo que sus padres recolectaron anteriormente. Y cuanto más estiércol, es decir, alimento para las larvas, mayor es la probabilidad de que sobrevivan.
Me encontré con esta formulación durante la recopilación de información, y suena un poco rara, especialmente la parte final:…Los machos luchan por las hembras, apoyándose con las patas en las paredes del túnel y empujando a su oponente con apéndices en forma de cuerno… Algunos machos no tienen cuernos y, por lo tanto, no participan en la lucha, pero poseen glándulas sexuales más grandes y acechan a una hembra en el túnel vecino…
Bueno, dejemos la lírica y pasemos directamente a la investigación.
Como mencioné anteriormente, algunas especies de escarabajos coprófagos forman bolitas y las ruedan en línea recta, sin prestar atención a la calidad y dificultad de la ruta elegida, hacia su madriguera de almacenamiento. Este comportamiento de estos escarabajos es el que mejor conocemos gracias a numerosos documentales. También sabemos que, además de su fuerza (algunas especies pueden levantar un peso mil veces mayor que el suyo), sus preferencias gastronómicas y su cuidado hacia la descendencia, los escarabajos coprófagos se orientan muy bien en el espacio. Más aún, son los únicos insectos capaces de orientarse por las estrellas durante la noche.
En Sudáfrica (lugar de la observación), el escarabajo coprófago, al encontrar una "presa", forma una bolita y comienza a rodarla en línea recta en una dirección aleatoria, lo principal es alejarse de los competidores que no dudarán en quitarle el alimento obtenido. Por lo tanto, para que la fuga sea efectiva, es necesario moverse en la misma dirección todo el tiempo, sin desviarse del rumbo.
El sol es la principal referencia, como ya sabemos, pero no es la más confiable. La altura del sol cambia a lo largo del día, lo que reduce la precisión de la orientación. ¿Por qué los escarabajos no empiezan a dar vueltas, a confundirse en la dirección y a consultar un mapa cada 2 minutos? Es lógico suponer que el sol no es la única fuente de información para la orientación en el espacio. Aquí, los científicos han sugerido que la dirección del viento es la segunda referencia para los escarabajos. Esta no es una característica única, ya que las hormigas e incluso las cucarachas pueden utilizar el viento para encontrar su camino.
En su trabajo, los científicos decidieron investigar cómo los escarabajos peloteros utilizan esta información sensorial multimodal, cuándo prefieren orientarse según el sol y cuándo según la dirección del viento, y si utilizan ambas opciones simultáneamente. Se realizaron observaciones y mediciones en el hábitat natural de los sujetos, así como en condiciones controladas simuladas en laboratorio.
Resultados de la investigación
En este estudio, el principal sujeto fue un escarabajo de la especie Scarabaeus lamarcki, y las observaciones en el hábitat natural se llevaron a cabo en la granja 'Stonehenge', cerca de Johannesburgo (Sudáfrica).
Imagen n.º 1: cambios en la velocidad del viento a lo largo del día (A), cambios en la dirección del viento a lo largo del día (En).
Se llevaron a cabo mediciones preliminares de la velocidad y dirección del viento. Durante la noche, la velocidad fue la más baja (<0,5 m/s), pero cerca del amanecer aumentaba, alcanzando su pico diario (3 m/s) entre las 11:00 y las 13:00 (altura del sol ∼70°).
Las tasas de velocidad son notables porque superan el umbral de 0,15 m/s, necesario para la orientación menotáxica de los escarabajos peloteros. Además, el pico de velocidad del viento coincide en el tiempo del día con el pico de actividad de los escarabajos. Scarabaeus lamarcki.
Los escarabajos empujan su presa en línea recta desde el lugar de recolección a una distancia considerable. En promedio, toda la ruta toma 6.1 ± 3.8 minutos. Por lo tanto, durante este intervalo de tiempo deben seguir la ruta con la máxima precisión.
En cuanto a la dirección del viento, durante el período de máxima actividad de los escarabajos (de 06:30 a 18:30), el cambio medio en la dirección del viento en un lapso de 6 minutos no es más de 27.0°.
Al combinar datos sobre la velocidad y dirección del viento a lo largo del día, los científicos consideran que estas condiciones meteorológicas son suficientes para la orientación multimodal de los escarabajos.
Imagen Nº 2
Llegó el momento de las observaciones. Para verificar la posible influencia del viento en las características de orientación de los escarabajos estercoleros en el espacio, se creó una 'arena' circular, en cuyo centro se encontraba alimento. Los escarabajos podían rodar libremente las bolas que formaban en cualquier dirección desde el centro, bajo un flujo de aire estable controlado de 3 m/s. Estas pruebas se llevaron a cabo en días despejados, cuando la altura del sol variaba durante el día de la siguiente manera: ≥75° (alta), 45–60° (media) y 15–30° (baja).
Los cambios en el flujo de aire y la posición del sol pueden variar en 180° entre dos aproximaciones del escarabajo (2A). Cabe tener en cuenta que los escarabajos no padecen de esclerosis, por lo que después de la primera aproximación recuerdan la ruta que han elegido. Sabiendo esto, los científicos consideran los cambios en el ángulo de salida de la arena durante la segunda aproximación del escarabajo como uno de los indicadores de la eficacia de la orientación.
Con una altura del sol ≥75° (alta), los cambios en el acimut en respuesta al cambio en la dirección del viento en 180° entre la primera y segunda aproximaciones se agruparon alrededor de 180° (P <0,001, prueba V) con un cambio promedio de 166,9 ± 79,3° (2B). Además, el cambio en la posición del sol (se utilizó un espejo) en 180° provocó una reacción poco notable de 13,7 ± 89,1° (círculo inferior en 2B).
Curiosamente, con una altura media y baja del sol, los escarabajos mantuvieron sus rutas a pesar de los cambios en la dirección del viento: altura media: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; baja altura: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C y 2D). Mientras que los cambios en la dirección de los rayos solares en 180° tuvieron una reacción inversa, es decir, un cambio radical en la dirección de la ruta del escarabajo: altura media: 153,9 ± 83,3°; baja altura: −162 ± 69,4°; P <0,001 (círculos inferiores en 2A, 2C y 2D).
Puede que la orientación no la afecte el viento en sí, sino los olores. Para verificar esto, a un segundo grupo de escarabajos se les eliminaron los segmentos distales de las antenas, responsables del olfato. Los cambios en la ruta en respuesta al cambio en la dirección del viento en 180°, demostrados por estos escarabajos, todavía estaban significativamente agrupados alrededor de 180°. En otras palabras, no hay diferencias en el grado de orientación entre los escarabajos con y sin olfato.
La conclusión intermedia es que los escarabajos estiércol utilizan el sol y el viento para orientarse. En condiciones de laboratorio controladas, se ha determinado que la brújula del viento prevalece sobre la del sol en el caso de grandes alturas del sol, pero la situación comienza a cambiar cuando el sol se acerca al horizonte.
Esta observación sugiere que existe un sistema de brújula multimodal dinámico, en el que la interacción entre las dos modalidades cambia según la información sensorial. Es decir, el escarabajo se orienta en cualquier momento del día dependiendo de la fuente de información más confiable en ese instante específico (sol bajo — referencia sol; sol alto — referencia viento).
A continuación, los científicos decidieron comprobar si el viento ayuda a los escarabajos a orientarse o no. Para ello, se preparó una arena de un diámetro de 1 m con comida en el centro. En total, los escarabajos realizaron 20 intentos en alta posición solar: 10 con viento y 10 sin viento (2F).
Como se esperaba, la presencia de viento aumentó la precisión de la orientación de los escarabajos. Se observa que en las primeras observaciones sobre la precisión de la brújula solar, el cambio de azimut entre dos intentos consecutivos se duplica en alta posición solar (> 75°) en comparación con posiciones más bajas (<60°).
Así que entendimos que el viento juega un papel importante en la orientación de los escarabajos estiércol, compensando la imprecisión de la brújula solar. Pero, ¿cómo recoge el escarabajo información sobre la velocidad y la dirección del viento? Por supuesto, es más obvio que esto ocurre a través de sus antenas. Para asegurar esto, los científicos realizaron pruebas en interiores con un flujo constante de aire (3 m/s) con la participación de dos grupos de escarabajos: con antenas y sin ellas (3A).
Imagen Nº 3
El principal criterio de precisión en la orientación fue el cambio de azimut entre dos intentos al cambiar la dirección del flujo de aire en 180°.
El cambio en la dirección del movimiento de los escarabajos con antenas se agrupó alrededor de los 180°, a diferencia de los escarabajos sin antenas. Además, el cambio absoluto medio de azimut en escarabajos sin antenas fue de 104,4 ± 36,0°, lo cual difiere considerablemente del cambio absoluto en escarabajos con antenas — 141,0 ± 45,0° (gráfico en 3D). Esto significa que los escarabajos sin antenas no podían orientarse correctamente por el viento. Sin embargo, aún se orientaban bien por el sol.
En la imagen 3A se muestra la configuración de la prueba para verificar la capacidad de los escarabajos para combinar información de diferentes modalidades sensoriales y ajustar su ruta. Para esto, en la prueba estaban presentes ambos puntos de referencia (viento + sol) durante el primer intento, o solo uno de los puntos de referencia (sol o viento) durante el segundo. De este modo se compararon la multimodalidad y la unimodalidad.
Las observaciones mostraron que los cambios en la dirección de movimiento de los escarabajos al pasar de un punto de referencia multimodal a uno unimodal se concentraron alrededor de 0°: solo viento: −8,2 ± 64,3°; solo sol: 16,5 ± 51,6° (gráficas en el centro y a la derecha en 3C).
Esta característica de orientación no era diferente de la obtenida con dos (sol + viento) puntos de referencia (gráfica a la izquierda en 3C).
Esto indica que, en condiciones controladas, el escarabajo puede usar un punto de referencia si el segundo no proporciona información suficiente, es decir, compensar la inexactitud de un punto de referencia con el segundo.
Si crees que los científicos se detuvieron aquí, estás equivocado. Se necesitaba verificar qué tan bien los escarabajos recuerdan información sobre uno de los puntos de referencia, y si la utilizan en el futuro como complemento. Para esto, se realizaron 4 intentos: en el primero había 1 punto de referencia (sol), en el segundo y tercero se añadió flujo de aire, y en el cuarto solo hubo flujo de aire. También se realizó una prueba donde los puntos de referencia estaban en orden inverso: viento, sol+viento, sol+viento, sol.
La teoría preliminar es que si los escarabajos pueden almacenar información sobre ambos puntos de referencia en la misma área de la memoria espacial en el cerebro, deberían mantener la misma dirección en el primer y cuarto intento, es decir, los cambios en la dirección de movimiento deberían agruparse alrededor de 0°.
Imagen número 4
Los datos recopilados sobre el cambio de azimut durante el primer y cuarto intentos confirmaron la suposición anterior (4A), que fue adicionalmente respaldada por la simulación, cuyos resultados se muestran en la gráfica 4C (a la izquierda).
Como verificación adicional se realizaron pruebas en las que el flujo de aire fue reemplazado por un spot de ultravioleta (4B y 4C a la derecha). Los resultados fueron prácticamente idénticos a los de las pruebas utilizando el sol y el flujo de aire.
Para un conocimiento más detallado de las sutilezas de la investigación, recomiendo echar un vistazo a y a ello.
Epílogo
La combinación de resultados de experimentos tanto en entornos naturales como controlados mostró que la información visual y mecanosensorial en los escarabajos peloteros converge en una red neuronal común y se almacena como una imagen de una brújula multimodal. La comparación de la eficacia de usar el sol o el viento como referencia mostró que los escarabajos utilizan más aquel referente que les proporciona más información. El segundo se emplea como una opción de respaldo o complemento.
Esto puede parecer bastante normal para nosotros, pero no debemos olvidar que nuestro cerebro es mucho más grande que el de un pequeño escarabajo. Sin embargo, como hemos entendido, incluso los seres más pequeños son capaces de procesos mentales complejos, ya que en condiciones de vida salvaje, tu supervivencia depende ya sea de la fuerza, de la inteligencia o, más a menudo, de una combinación de ambos.
Off-topic del viernes:
Hasta los escarabajos luchan por su comida. Y no importa que la presa sea una bolita de estiércol.
(BBC Earth, David Attenborough)
Gracias por su atención, ¡manténganse curiosos y que tengan un excelente fin de semana, chicos! 🙂
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Fuente: habr.com
