On küsimusi, mida küsisime või püüdsime vastata: miks on taevas sinine, mitu tähte on taevas, kes on tugevam - valge hai või mõõkvaal jne. Ja on küsimusi, mida me ei küsinud, kuid see ei muuda vastust vähem huvitavaks. Sellised küsimused hõlmavad järgmist: mida nii olulist ühendasid Lundi (Rootsi), Witwatersrandi (Lõuna-Aafrika), Stockholmi (Rootsi) ja Würzburgi (Saksamaa) ülikoolide teadlased? See on ilmselt midagi väga olulist, väga keerulist ja uskumatult kasulikku. Noh, selle kohta on raske kindlalt öelda, kuid see on kindlasti väga huvitav, nimelt see, kuidas sõnnikumardikad kosmoses liiguvad. Esmapilgul on siin kõik tühine, kuid meie maailm on täis asju, mis pole nii lihtsad, kui pealtnäha paistab, ja sõnnikumardikad on selle tõestuseks. Niisiis, mis on sõnnikumardika navigatsioonisüsteemis nii ainulaadset, kuidas teadlased seda testisid ja mis on konkurentsil sellega pistmist? Nendele ja teistele küsimustele leiame vastused uurimisrühma aruandest. Mine.
Peategelane
Kõigepealt tasub tutvuda selle uurimuse peategelasega. Ta on tugev, töökas, visa, nägus ja hooliv. See on sõnnikumardikas, mis kuulub ülemperekonna Scarabaeidae.
Sõnnikumardikad said oma mitte eriti atraktiivse nime tänu oma gastronoomilistele eelistustele. Ühest küljest on see pisut tüütu, kuid sõnnikumardika jaoks on see suurepärane toitainete allikas, mistõttu enamik selle perekonna liike ei vaja muid toiduallikaid ega isegi vett. Ainus erand on liik Deltochilum valgum, mille esindajad armastavad maitsta sajajalgseid.
Sõnnikumardikate levimust kadestavad enamik teisi elusolendeid, kuna nad elavad kõigil mandritel, välja arvatud Antarktika. Elupaik ulatub jahedatest metsadest kuumade kõrbeteni. Ilmselgelt on kergem leida suuri kontsentratsioone sõnnikumardikaid loomade elupaikadest, mis on nende toidu tootmiseks "vabrikud". Sõnnikumardikad eelistavad varuda toitu tulevikuks.
Lühivideo sõnnikumardikatest ja nende eluviisi keerukusest (BBC, David Attenborough).
Erinevatel mardikaliikidel on oma käitumuslikud kohanemisomadused. Mõned moodustavad sõnnikupallid, mis veeretatakse kogumiskohast ja maetakse auku. Teised kaevavad tunneleid maa alla, täites neid toiduga. Ja teised, kes teavad ütlust Muhamedi ja leina kohta, elavad lihtsalt sõnnikuhunnikutes.
Toiduvarud on mardikale olulised, kuid mitte niivõrd enesesäilitamise, vaid tulevaste järglaste eest hoolitsemise huvides. Fakt on see, et sõnnikumardika vastsed elavad selles, mida nende vanem varem kogus. Ja mida rohkem sõnnikut ehk toitu vastsetele, seda suurem on tõenäosus, et nad jäävad ellu.
Selle sõnastuse peale sattusin teabe kogumise käigus ja see ei kõla kuigi hästi, eriti viimane osa:... Isased võitlevad emaste pärast, toetades oma jalgu vastu tunneli seinu ja surudes vastast sarvetaoliste väljakasvudega ... Mõnel isasel pole sarvi ja seetõttu nad ei osale võitluses, kuid neil on suuremad sugunäärmed ja valvur. emane järgmises tunnelis ...
Liigume laulusõnade juurest otse uurimistöö juurde.
Nagu varem mainisin, moodustavad mõned sõnnikumardika liigid palle ja veerevad need sirgjooneliselt, sõltumata valitud marsruudi kvaliteedist või keerukusest, hoiuauku. Just nende mardikate käitumisega oleme kõige paremini tuttavad tänu arvukatele dokumentaalfilmidele. Teame ka, et sõnnikumardikatel on lisaks jõule (mõned liigid suudavad 1000 korda oma raskust tõsta), gastronoomilistele eelistustele ja järglaste eest hoolitsemisele suurepärase ruumilise orientatsiooniga. Pealegi on nad ainsad putukad, kes suudavad öösel tähti kasutades navigeerida.
Lõuna-Aafrikas (vaatluste asukoht) moodustab sõnnikumardikas, olles leidnud “saagi”, palli ja hakkab seda sirgjooneliselt suvalises suunas veerema, mis kõige tähtsam, eemale konkurentidest, kes ei kõhkle ära võtmast. toitu, mille ta on saanud. Seega, et põgenemine oleks tõhus, peate liikuma kogu aeg samas suunas, ilma kursilt kõrvale kaldumata.
Päike on peamine võrdluspunkt, nagu me juba teame, kuid see pole kõige usaldusväärsem. Päikese kõrgus muutub päeva jooksul, mis vähendab orienteerumise täpsust. Miks ei hakka mardikad ringi jooksma, satuvad suuna segadusse ja ei kontrolli kaarti iga 2 minuti järel? On loogiline eeldada, et päike ei ole ainus teabeallikas ruumis orienteerumiseks. Ja siis tegid teadlased ettepaneku, et mardikate teine võrdluspunkt on tuul või õigemini selle suund. See pole ainulaadne omadus, sest sipelgad ja isegi prussakad suudavad tuult oma tee leidmiseks kasutada.
Teadlased otsustasid oma töös katsetada, kuidas sõnnikumardikad seda multimodaalset sensoorset teavet kasutavad, millal eelistavad navigeerida päikese ja millal tuule suuna järgi ning kas nad kasutavad mõlemat võimalust samaaegselt. Vaatlusi ja mõõtmisi tehti katsealuste loomulikus keskkonnas, samuti simuleeritud, kontrollitud laboritingimustes.
Uuringute tulemused
Selles uuringus täitis põhiobjekti rolli liigi mardikas Scarabaeus lamarcki, ning looduskeskkonna vaatlusi viidi läbi Stonehenge farmi territooriumil Johannesburgi lähedal (Lõuna-Aafrika).
Pilt nr 1: tuule kiiruse muutused päeva jooksul (А), tuule suuna muutus päeva jooksul (В).
Viidi läbi tuule kiiruse ja suuna esialgsed mõõtmised. Öösel oli kiirus väikseim (<0,5 m/s), kuid tõusis koidikule lähenedes, saavutades ööpäevase tipu (3 m/s) kella 11-00 vahel (päikese kõrgus ~13°).
Kiiruse väärtused on märkimisväärsed, kuna need ületavad läve 0,15 m/s, mis on vajalik sõnnikumardikate menotaktiliseks orientatsiooniks. Sel juhul langeb tuule tippkiirus kellaajal kokku mardikate aktiivsuse tipuga Scarabaeus lamarcki.
Mardikad veerevad oma saaki kogumiskohast sirgjooneliselt üsna suurele kaugusele. Keskmiselt võtab kogu marsruut aega 6.1 ± 3.8 minutit. Seetõttu peavad nad selle aja jooksul võimalikult täpselt marsruuti järgima.
Kui rääkida tuule suunast, siis mardikate maksimaalse aktiivsuse perioodil (kell 06:30-18:30) ei ole keskmine tuule suuna muutus 6 minuti jooksul suurem kui 27.0°.
Kombineerides kogu päeva jooksul saadud andmeid tuule kiiruse ja suuna kohta, usuvad teadlased, et sellised ilmastikutingimused on mardikate multimodaalseks navigeerimiseks piisavad.
Pilt nr 2
On aeg jälgida. Et testida tuule võimalikku mõju sõnnikumardikate ruumilise orientatsiooni omadustele, loodi ümmargune “areen”, mille keskel oli toit. Mardikad said vabalt veeretada oma moodustatud palle tsentrist mis tahes suunas kontrollitud stabiilse õhuvoolu juuresolekul kiirusega 3 m/s. Need testid viidi läbi selgetel päevadel, kui päikese kõrgus varieerus päeva jooksul järgmiselt: ≥75° (kõrge), 45–60° (keskel) ja 15–30° (madal).
Õhuvoolu ja päikese asendi muutused võivad kahe mardikakülastuse vahel muutuda kuni 180° (2А). Arvestada tasub ka sellega, et mardikad ei põe skleroosi ja seetõttu meenub neile pärast esimest külastust valitud marsruut. Seda teades võtavad teadlased orienteerumise õnnestumise ühe näitajana arvesse muutusi areenilt väljumise nurgas mardika hilisemal sisenemisel.
Kui päikese kõrgus on ≥75° (kõrge), koondusid asimuudi muutused vastuseks tuule suuna 180° muutusele esimese ja teise komplekti vahel 180° ümber (P < 0,001, V test) keskmise muutusega 166.9 ± 79.3 ° (2B). Sel juhul põhjustas päikese asendi muutus (kasutati peeglit) 180° võrra peene reaktsiooni 13,7 ± 89,1° (alumine ring sisse lülitatud 2B).
Huvitav on see, et keskmisel ja madalal päikesekõrgusel jäid mardikad vaatamata tuule suuna muutustele oma marsruutidele kinni – keskmine kõrgus merepinnast: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; madal kõrgus: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Päikesekiirte suuna muutmisel 180° oli aga vastupidine reaktsioon ehk radikaalne muutus mardika teekonnas – keskmine kõrgus: 153,9 ± 83,3°; madal kõrgus merepinnast: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (alumised ringid sisse 2А, 2S и 2D).
Võib-olla ei mõjuta orienteerumist mitte tuul ise, vaid lõhnad. Selle testimiseks eemaldati teisel katsemardikate rühmal nende haistmismeele eest vastutavad distaalsed antennisegmendid. Nende mardikate poolt ilmnenud 180° tuulesuuna muutustele reageerides olid marsruudi muutused endiselt märkimisväärselt koondunud 180° ümber. Teisisõnu, haistmismeelega ja ilma mardikate orientatsiooniastmes pole praktiliselt mingit erinevust.
Vahepealne järeldus on, et sõnnikumardikad kasutavad orienteerumisel päikest ja tuult. Antud juhul leiti kontrollitud laboritingimustes, et tuulekompass domineerib päikesekompassi üle kõrgel päikesekõrgusel, kuid olukord hakkab muutuma, kui päike läheneb horisondile.
See tähelepanek näitab, et paigas on dünaamiline multimodaalne kompassisüsteem, milles kahe modaalsuse vaheline interaktsioon muutub vastavalt sensoorsele teabele. See tähendab, et mardikas navigeerib igal kellaajal, tuginedes sellel konkreetsel hetkel kõige usaldusväärsemale teabeallikale (päike on madalal - päike on viide; päike on kõrgel - tuul on viide).
Järgmiseks otsustasid teadlased kontrollida, kas tuul aitab mardikaid orienteeruda või mitte. Selleks valmistati 1 m läbimõõduga areen, mille keskel oli toit. Kokku tegid mardikad päikese kõrgel kohal 20 päikeseloojangut: 10 tuulega ja 10 ilma tuuleta (2F).
Ootuspäraselt suurendas tuule olemasolu mardikate orienteerumistäpsust. Märgitakse, et päikesekompassi täpsuse varajastes vaatlustes kahe järjestikuse komplekti asimuudi muutus kahekordistub kõrgel päikeseasendil (>75°) võrreldes madalama positsiooniga (<60°).
Niisiis mõistsime, et tuul mängib sõnnikumardikate orientatsioonis olulist rolli, kompenseerides päikesekompassi ebatäpsused. Kuidas aga kogub mardikas teavet tuule kiiruse ja suuna kohta? Muidugi on kõige ilmsem see, et see juhtub antennide kaudu. Selle kontrollimiseks viisid teadlased siseruumides läbi katsed konstantse õhuvooluga (3 m/s), kus osalesid kaks mardikarühma - antennidega ja ilma (3A).
Pilt nr 3
Orienteerumise täpsuse põhikriteeriumiks oli asimuudi muutus kahe lähenemise vahel, kui õhuvoolu suund muutus 180°.
Antennidega mardikate liikumissuuna muutused olid koondunud 180° ümber, erinevalt ilma antennita mardikatest. Lisaks oli antennita mardikate keskmine absoluutne asimuudimuutus 104,4 ± 36,0°, mis erineb oluliselt antenniga mardikate absoluutsest muutusest - 141,0 ± 45,0° (graafik in 3V). See tähendab, et ilma antennita mardikad ei saanud tuules normaalselt liigelda. Päikese järgi orienteerusid nad siiski hästi.
Pildi peal 3А näitab katseseadet, et testida mardikate võimet kombineerida erinevatest sensoorsetest modaalsustest pärinevat teavet, et kohandada oma marsruuti. Selleks hõlmas katse esimesel lähenemisel mõlemat maamärki (tuul + päike) või teisel lähenemisel ainult ühte maamärki (päike või tuul). Nii võrreldi multimodaalsust ja unimodaalsust.
Vaatlused näitasid, et muutused mardikate liikumissuunas pärast üleminekut mitmeliigiliselt orientiirilt unimodaalsele orientiirile olid koondunud 0° ümber: ainult tuul: −8,2 ± 64,3°; ainult päike: 16,5 ± 51,6° (graafikud keskel ja paremal 3C).
See orientatsioonikarakteristik ei erinenud sellest, mis saadi kahe (päike + tuul) orientiiri juuresolekul (graafik vasakul 3S).
See viitab sellele, et kontrollitud tingimustes võib mardikas kasutada ühte maamärki, kui teine ei anna piisavalt teavet, st kompenseerida ühe maamärgi ebatäpsust teisega.
Kui arvate, et teadlased peatusid seal, siis see pole nii. Järgmiseks tuli kontrollida, kui hästi mardikad ühe maamärgi kohta infot talletavad ja kas nad seda edaspidi lisana kasutavad. Selleks viidi läbi 4 lähenemist: esimeses oli 1 orientiir (päike), teises ja kolmandas lisati õhuvool ning neljandal ainult õhuvool. Samuti viidi läbi test, kus orientiirid olid vastupidises järjekorras: tuul, päike + tuul, päike + tuul, päike.
Esialgne teooria on see, et kui mardikad suudavad mõlema orientiiri kohta informatsiooni salvestada ajus samasse ruumimälu piirkonda, siis esimesel ja neljandal külastusel peaksid nad hoidma sama suunda, s.t. liikumissuuna muutused peaksid koonduma 0° ümber.
Pilt nr 4
Kogutud andmed asimuudi muutuse kohta esimese ja neljanda jooksu ajal kinnitasid ülaltoodud eeldust (4A), mida kinnitas veelgi modelleerimine, mille tulemused on kujutatud graafikul 4C (vasakul).
Lisakontrollina viidi läbi katsed, kus õhuvool asendati ultraviolettlaiguga (paremal 4B ja 4C). Tulemused olid peaaegu identsed päikese ja õhuvoolu katsetega.
Uuringu nüanssidega täpsemaks tutvumiseks soovitan vaadata и talle.
Epiloog
Nii looduslikus kui ka kontrollitud keskkonnas tehtud katsete tulemuste kombinatsioon näitas, et sõnnikumardikate puhul koondub visuaalne ja mehhaaniline informatsioon ühisesse närvivõrku ja salvestatakse multimodaalse kompassi hetktõmmisena. Päikese või tuule võrdlusalusena kasutamise efektiivsuse võrdlus näitas, et mardikad kaldusid kasutama viidet, mis andis neile rohkem teavet. Teist kasutatakse varuks või täiendavaks.
See võib tunduda meie jaoks väga tavaline asi, kuid ärge unustage, et meie aju on palju suurem kui väikesel veal. Kuid nagu oleme õppinud, on isegi kõige väiksemad olendid võimelised keerulisteks vaimseteks protsessideks, sest looduses sõltub teie ellujäämine kas jõust või intelligentsusest ja enamasti mõlema kombinatsioonist.
Reede off-top:
Isegi mardikad võitlevad saagi pärast. Ja pole oluline, et saagiks on sõnnikupall.
(BBC Earth, David Attenborough)
Täname lugemise eest, olge uudishimulikud ja toredat nädalavahetust poisid! 🙂
Täname, et jäite meiega. Kas teile meeldivad meie artiklid? Kas soovite näha huvitavamat sisu? Toeta meid, esitades tellimuse või soovitades sõpradele, Habri kasutajatele 30% allahindlus ainulaadsele algtaseme serverite analoogile, mille me teie jaoks välja mõtlesime: (saadaval RAID1 ja RAID10, kuni 24 tuuma ja kuni 40 GB DDR4-ga).
Dell R730xd 2 korda odavam? Ainult siin Hollandis! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – alates 99 dollarist! Millegi kohta lugema
Allikas: www.habr.com