GPS برای سوسک سرگین: یک سیستم جهت گیری چندوجهی

سؤالاتی وجود دارد که ما پرسیدیم یا سعی کردیم به آنها پاسخ دهیم: چرا آسمان آبی است، چند ستاره در آسمان وجود دارد، چه کسی قوی تر است - یک کوسه سفید یا یک نهنگ قاتل و غیره. و سؤالاتی وجود دارد که ما نپرسیدیم، اما این باعث نمی‌شود که پاسخ کمتر جالب باشد. چنین سؤالاتی شامل موارد زیر است: دانشمندان دانشگاه های لوند (سوئد)، ویتواترسرند (آفریقای جنوبی)، استکهلم (سوئد) و وورزبورگ (آلمان) چه چیزی تا این حد مهم را ترکیب کردند؟ این احتمالاً چیزی بسیار مهم، بسیار پیچیده و فوق العاده مفید است. خوب، گفتن قطعی در این مورد دشوار است، اما قطعاً بسیار جالب است، یعنی نحوه حرکت سوسک های سرگین در فضا. در نگاه اول، همه چیز اینجا پیش پا افتاده است، اما دنیای ما پر از چیزهایی است که آنقدرها هم که به نظر می رسد ساده نیستند، و سوسک های سرگین گواه این موضوع هستند. بنابراین، چه چیزی در مورد سیستم ناوبری سوسک سرگین منحصر به فرد است، چگونه دانشمندان آن را آزمایش کردند، و رقابت با آن چه ارتباطی دارد؟ پاسخ این سوالات و سوالات دیگر را در گزارش گروه تحقیق خواهیم یافت. برو

شخصیت اصلی

اول از همه، ارزش آشنایی با شخصیت اصلی این مطالعه را دارد. او قوی، سخت کوش، پیگیر، خوش تیپ و دلسوز است. این یک سوسک سرگین از ابرخانواده Scarabaeidae است.

سوسک های سرگین به دلیل ترجیحات غذایی خود نام نه چندان جذاب خود را گرفتند. از یک طرف، این کمی ناخوشایند است، اما برای سوسک سرگین یک منبع عالی از مواد مغذی است، به همین دلیل است که اکثر گونه های این خانواده به منابع دیگر غذا یا حتی آب نیاز ندارند. تنها استثنا گونه Deltochilum valgum است که نمایندگان آن عاشق جشن گرفتن بر روی صدپاها هستند.

شیوع سوسک های سرگین باعث حسادت بیشتر موجودات زنده دیگر می شود، زیرا آنها در تمام قاره ها به جز قطب جنوب زندگی می کنند. این زیستگاه از جنگل های خنک تا بیابان های گرم متغیر است. بدیهی است که یافتن غلظت‌های زیادی از سوسک‌های سرگین در زیستگاه‌های حیوانات که «کارخانه‌هایی» برای تولید غذای آن‌ها هستند، آسان‌تر است. سوسک های سرگین ترجیح می دهند غذا را برای آینده ذخیره کنند.

ویدئویی کوتاه در مورد سوسک های سرگین و پیچیدگی های روش زندگی آنها (بی بی سی، دیوید آتنبرو).

گونه های مختلف سوسک ویژگی های سازگاری رفتاری خاص خود را دارند. برخی از آنها گلوله های کود دامی را تشکیل می دهند که از محل جمع آوری غلتیده شده و در سوراخی دفن می شوند. برخی دیگر در زیر زمین تونل حفر می کنند و آنها را پر از غذا می کنند. و برخی دیگر که ضرب المثل محمد و غم را می دانند، به سادگی در انبوهی از سرگین زندگی می کنند.

منابع غذایی برای سوسک مهم است، اما نه به دلایل حفظ خود، بلکه به دلایل مراقبت از فرزندان آینده. واقعیت این است که لارو سوسک سرگین در چیزی زندگی می کند که والدین آنها قبلا جمع آوری کرده بودند. و هر چه کود، یعنی غذا برای لاروها بیشتر باشد، احتمال زنده ماندن آنها بیشتر است.

من در فرآیند جمع آوری اطلاعات با این فرمول مواجه شدم و به نظر خیلی خوب نیست، به خصوص قسمت آخر:... نرها برای ماده ها می جنگند، پاهای خود را به دیواره های تونل تکیه می دهند و حریف خود را با بیرون آمدن های شاخ مانند هل می دهند ... برخی از نرها شاخ ندارند و بنابراین درگیر نبرد نمی شوند، اما غدد جنسی بزرگتر و محافظ دارند. زن در تونل بعدی ...

خوب، بیایید مستقیماً از اشعار به خود تحقیق برویم.

همانطور که قبلاً اشاره کردم، برخی از گونه‌های سوسک‌های سرگین گلوله‌هایی را تشکیل می‌دهند و بدون در نظر گرفتن کیفیت یا دشواری مسیر انتخابی، آنها را در یک خط مستقیم به داخل یک سوراخ ذخیره می‌غلتند. این رفتار این سوسک هاست که به لطف مستندهای متعدد بیشتر با آن آشنا هستیم. ما همچنین می دانیم که سوسک های سرگین علاوه بر قدرت (برخی از گونه ها می توانند 1000 برابر وزن خود بلند کنند)، ترجیحات غذایی و مراقبت از فرزندان خود، جهت گیری فضایی عالی دارند. علاوه بر این، آنها تنها حشراتی هستند که می توانند در شب با استفاده از ستاره ها حرکت کنند.

در آفریقای جنوبی (محل مشاهدات)، یک سوسک سرگین با یافتن "شکار"، یک توپ را تشکیل می دهد و شروع به چرخاندن آن در یک خط مستقیم در جهت تصادفی می کند، مهمتر از همه دور از رقبای که در برداشتن آن تردیدی ندارند. غذایی که به دست آورده است بنابراین، برای اینکه یک فرار مؤثر باشد، باید همیشه در یک جهت حرکت کنید، بدون اینکه از مسیر خارج شوید.

همانطور که قبلاً می دانیم خورشید نقطه مرجع اصلی است، اما قابل اعتمادترین نیست. ارتفاع خورشید در طول روز تغییر می‌کند و همین امر باعث کاهش دقت جهت‌گیری می‌شود. چرا سوسک ها شروع به دویدن در دایره نمی کنند، در جهت گیج می شوند و هر 2 دقیقه نقشه را بررسی نمی کنند؟ منطقی است که فرض کنیم خورشید تنها منبع اطلاعات برای جهت گیری در فضا نیست. و سپس دانشمندان پیشنهاد کردند که دومین نقطه مرجع برای سوسک ها باد یا به عبارت بهتر جهت آن است. این یک ویژگی منحصر به فرد نیست، زیرا مورچه ها و حتی سوسک ها می توانند از باد برای یافتن راه خود استفاده کنند.

دانشمندان در کار خود تصمیم گرفتند آزمایش کنند که چگونه سوسک‌های سرگین از این اطلاعات حسی چندوجهی استفاده می‌کنند، چه زمانی ترجیح می‌دهند توسط خورشید حرکت کنند و چه زمانی با جهت باد، و اینکه آیا از هر دو گزینه به طور همزمان استفاده می‌کنند یا خیر. مشاهدات و اندازه گیری ها در محیط طبیعی افراد و همچنین در شرایط آزمایشگاهی شبیه سازی شده و کنترل شده انجام شد.

نتایج مطالعه

در این تحقیق نقش سوژه اصلی را یک سوسک از گونه ایفا کرد اسکارابائوس لامارکیو مشاهدات در محیط طبیعی در قلمرو مزرعه استون هنج، در نزدیکی ژوهانسبورگ (آفریقای جنوبی) انجام شد.

تصویر شماره 1: تغییرات سرعت باد در طول روز (Аتغییر جهت باد در طول روز (В).

اندازه گیری های اولیه سرعت و جهت باد انجام شد. در شب، سرعت کمترین (<0,5 متر بر ثانیه) بود، اما نزدیک به سپیده دم افزایش یافت و بین ساعت 3:11 تا 00:13 (ارتفاع خورشیدی 00 درجه) به اوج روزانه (70 متر بر ثانیه) رسید.

مقادیر سرعت قابل توجه هستند زیرا از آستانه 0,15 متر بر ثانیه لازم برای جهت گیری منوتاکتیک سوسک های سرگین فراتر می روند. در این حالت اوج سرعت باد در زمان روز با اوج فعالیت سوسک ها همزمان است اسکارابائوس لامارکی.

سوسک ها طعمه خود را در یک خط مستقیم از محل جمع آوری تا فاصله نسبتاً زیادی می چرخانند. به طور متوسط، کل مسیر 6.1 ± 3.8 دقیقه طول می کشد. بنابراین در این بازه زمانی باید مسیر را تا حد امکان دقیق دنبال کنند.

اگر در مورد جهت باد صحبت کنیم، در طول دوره حداکثر فعالیت سوسک ها (از ساعت 06:30 تا 18:30)، میانگین تغییر جهت باد در یک دوره زمانی 6 دقیقه بیش از 27.0 درجه نیست.

با ترکیب داده‌های سرعت و جهت باد در طول روز، دانشمندان بر این باورند که چنین شرایط آب و هوایی برای ناوبری چندوجهی سوسک‌ها کافی است.

تصویر شماره 2

زمان مشاهده فرا رسیده است. برای آزمایش تأثیر احتمالی باد بر ویژگی‌های جهت‌گیری فضایی سوسک‌های سرگین، یک "عرصه" دایره‌ای با غذا در مرکز ایجاد شد. سوسک ها آزاد بودند تا توپ هایی را که تشکیل می دادند در هر جهتی از مرکز در حضور یک جریان هوای کنترل شده و پایدار با سرعت 3 متر بر ثانیه بغلتند. این آزمایش‌ها در روزهایی که ارتفاع خورشید در طول روز تغییر می‌کرد به شرح زیر انجام شد: ≥75 درجه (بالا)، 45-60 درجه (متوسط) و 15-30 درجه (کم).

تغییر در جریان هوا و موقعیت خورشید می تواند تا 180 درجه بین دو بار بازدید از سوسک تغییر کند.2A). این نکته نیز قابل تامل است که سوسک ها دچار اسکلروز نیستند و به همین دلیل پس از اولین بازدید مسیری را که انتخاب کرده اند به یاد می آورند. دانشمندان با دانستن این موضوع، تغییرات زاویه خروج از عرصه را در هنگام ورود بعدی سوسک به عنوان یکی از شاخص های موفقیت جهت گیری در نظر می گیرند.

هنگامی که ارتفاع خورشید ≥75 درجه (بالا)، تغییرات در آزیموت در پاسخ به تغییر 180 درجه در جهت باد بین مجموعه های اول و دوم در حدود 180 درجه (P <0,001، تست V) با میانگین تغییر 166.9 ± 79.3 خوشه بندی شد. ° (2B). در این مورد، تغییر موقعیت خورشید (از آینه استفاده شد) به میزان 180 درجه باعث واکنش ظریف 13,7 ± 89,1 درجه شد (دایره پایین تر روی 2B).

جالب توجه است که در ارتفاعات متوسط ​​و کم خورشید، سوسک ها علیرغم تغییر جهت باد به مسیر خود می چسبیدند - میانگین ارتفاع: -15,9 ± 40,2 درجه. P <0,001; ارتفاع کم: 7,1 ± 37,6 درجه، P <0,001 (2C и 2D). اما تغییر جهت پرتوهای خورشید به میزان 180 درجه عکس العمل معکوس داشت، یعنی یک تغییر اساسی در جهت مسیر سوسک - ارتفاع متوسط: 153,9 ± 83,3 درجه. ارتفاع کم: -162 ± 69,4 درجه؛ P <0,001 (دایره های پایین تر در 2A, 2S и 2D).

شاید جهت گیری نه تحت تأثیر خود باد، بلکه تحت تأثیر بوها باشد. برای آزمایش این موضوع، گروه دوم از سوسک‌های آزمایشی بخش‌های انتهایی آنتن را که مسئول حس بویایی آن‌ها هستند، برداشتند. تغییرات مسیر در پاسخ به تغییرات 180 درجه ای در جهت باد نشان داده شده توسط این سوسک ها هنوز به طور قابل توجهی در حدود 180 درجه خوشه شده بود. به عبارت دیگر، عملاً هیچ تفاوتی در درجه جهت گیری بین سوسک های با و بدون حس بویایی وجود ندارد.

یک نتیجه میانی این است که سوسک های سرگین در جهت گیری خود از خورشید و باد استفاده می کنند. در این مورد، تحت شرایط آزمایشگاهی کنترل شده، مشخص شد که قطب‌نمای باد بر قطب‌نمای خورشیدی در ارتفاعات بالای خورشید غالب است، اما با نزدیک شدن خورشید به افق، وضعیت شروع به تغییر می‌کند.

این مشاهدات نشان می دهد که یک سیستم قطب نما چندوجهی پویا در محل وجود دارد که در آن تعامل بین دو روش با توجه به اطلاعات حسی تغییر می کند. یعنی سوسک در هر زمانی از روز با تکیه بر معتبرترین منبع اطلاعات در آن لحظه خاص حرکت می کند (خورشید کم است - خورشید مرجع است؛ خورشید بالا است - باد مرجع است).

سپس دانشمندان تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا باد در جهت دهی سوسک ها کمک می کند یا خیر. برای این منظور میدانی به قطر 1 متر با غذا در مرکز تهیه شد. در مجموع، سوسک ها 20 غروب خورشید را در موقعیت بلند خورشید انجام دادند: 10 غروب با باد و 10 غروب بدون باد (2F).

همانطور که انتظار می رفت، وجود باد دقت جهت گیری سوسک ها را افزایش داد. اشاره شده است که در مشاهدات اولیه دقت قطب نما خورشیدی، تغییر در آزیموت بین دو مجموعه متوالی در موقعیت خورشید بالا (> 75 درجه) در مقایسه با موقعیت پایین تر (<60 درجه) دو برابر می شود.

بنابراین، متوجه شدیم که باد نقش مهمی در جهت گیری سوسک های سرگین ایفا می کند و نادرستی قطب نما خورشیدی را جبران می کند. اما سوسک چگونه اطلاعاتی در مورد سرعت و جهت باد جمع آوری می کند؟ البته واضح ترین چیز این است که این اتفاق از طریق آنتن ها می افتد. برای تأیید این موضوع، دانشمندان آزمایشاتی را در داخل خانه با جریان هوای ثابت (3 متر بر ثانیه) با مشارکت دو گروه از سوسک ها - با و بدون آنتن انجام دادند.3A).

تصویر شماره 3

معیار اصلی برای دقت جهت گیری، تغییر در آزیموت بین دو رویکرد زمانی بود که جهت جریان هوا 180 درجه تغییر کرد.

تغییرات در جهت حرکت سوسک‌های دارای آنتن، بر خلاف سوسک‌های بدون آنتن، در حدود 180 درجه دسته‌بندی شدند. علاوه بر این، میانگین تغییر مطلق در آزیموت برای سوسک‌های بدون آنتن 104,4 ± 36,0 درجه بود که با تغییر مطلق برای سوسک‌های دارای آنتن بسیار متفاوت است - 141,0 ± 45,0 درجه (گراف در 3V). یعنی سوسک های بدون آنتن نمی توانستند به طور معمول در باد حرکت کنند. با این حال، آنها هنوز به خوبی توسط خورشید جهت گیری می کردند.

روی تصویر 3A یک تنظیم آزمایشی برای آزمایش توانایی سوسک‌ها برای ترکیب اطلاعات از روش‌های حسی مختلف برای تنظیم مسیرشان را نشان می‌دهد. برای انجام این کار، آزمایش شامل هر دو نشانه (باد + خورشید) در طول رویکرد اول، یا تنها یک نقطه عطف (خورشید یا باد) در طول رویکرد دوم بود. به این ترتیب چندوجهی و تک‌وجهی مقایسه شد.

مشاهدات نشان داد که تغییرات در جهت حرکت سوسک ها پس از انتقال از یک نقطه عطف چند وجهی در حدود 0 درجه متمرکز شده است: فقط باد: -8,2 ± 64,3 درجه. فقط خورشید: 16,5 ± 51,6 درجه (نمودارها در مرکز و سمت راست 3C).

این مشخصه جهت گیری با آن چیزی که در حضور دو نشانه (خورشید + باد) به دست آمد تفاوتی نداشت (نمودار سمت چپ در 3S).

این نشان می دهد که، در شرایط کنترل شده، یک سوسک می تواند از یک نشانه استفاده کند اگر دومی اطلاعات کافی را ارائه ندهد، یعنی عدم دقت یک نشانه را با دومی جبران کند.

اگر فکر می کنید که دانشمندان در آنجا متوقف شده اند، اینطور نیست. در مرحله بعد، لازم بود بررسی شود که سوسک ها تا چه اندازه اطلاعات مربوط به یکی از مکان های دیدنی را ذخیره می کنند و آیا در آینده از آن به عنوان مکمل استفاده می کنند یا خیر. برای این منظور، 4 رویکرد انجام شد: در اولی 1 نشانه (خورشید)، در دوم و سوم یک جریان هوا اضافه شد و در چهارمین فقط یک جریان هوا وجود داشت. آزمایشی نیز انجام شد که در آن نشانه‌ها به ترتیب معکوس بودند: باد، خورشید + باد، خورشید + باد، خورشید.

یک تئوری آزمایشی این است که اگر سوسک‌ها بتوانند اطلاعات مربوط به هر دو نشانه را در یک منطقه حافظه فضایی در مغز ذخیره کنند، باید در اولین و چهارمین بازدید، جهت یکسانی را حفظ کنند. تغییرات جهت حرکت باید حدود 0 درجه باشد.

تصویر شماره 4

داده‌های جمع‌آوری‌شده در مورد تغییر آزیموت در طول اجرای اول و چهارم، فرضیه بالا (4A) را تأیید کرد، که بیشتر از طریق مدل‌سازی تأیید شد، نتایج آن در نمودار 4C (سمت چپ) نشان داده شده است.

به عنوان یک بررسی اضافی، آزمایش هایی انجام شد که در آن جریان هوا با یک نقطه ماوراء بنفش (4B و 4C در سمت راست) جایگزین شد. نتایج تقریباً مشابه آزمایش های خورشید و جریان هوا بود.

برای آشنایی دقیق تر با تفاوت های ظریف مطالعه، توصیه می کنم نگاه کنید دانشمندان گزارش می دهند и مواد اضافی به او.

خاتمه

ترکیب نتایج حاصل از آزمایش‌ها در محیط‌های طبیعی و کنترل‌شده نشان داد که در سوسک‌های سرگین، اطلاعات بصری و حسی مکانیکی در یک شبکه عصبی مشترک همگرا می‌شوند و به‌عنوان تصویری از یک قطب‌نمای چندوجهی ذخیره می‌شوند. مقایسه اثربخشی استفاده از خورشید یا باد به عنوان مرجع نشان داد که سوسک ها تمایل به استفاده از مرجعی دارند که اطلاعات بیشتری در اختیار آنها قرار می دهد. دومی به عنوان یدکی یا مکمل استفاده می شود.

این ممکن است برای ما یک چیز بسیار رایج به نظر برسد، اما فراموش نکنید که مغز ما بسیار بزرگتر از یک حشره کوچک است. اما همانطور که آموختیم، حتی کوچکترین موجودات نیز قادر به انجام فرآیندهای ذهنی پیچیده هستند، زیرا در طبیعت بقای شما به قدرت یا هوش و اغلب به ترکیبی از هر دو بستگی دارد.

جمعه آف تاپ:

حتی سوسک ها هم بر سر طعمه دعوا می کنند. و مهم نیست که طعمه یک گلوله از سرگین باشد.
(بی بی سی ارث، دیوید آتنبرو)

ممنون که خواندید، کنجکاو بمانید و آخر هفته خوبی داشته باشید بچه ها! 🙂

از اینکه با ما ماندید متشکرم آیا مقالات ما را دوست دارید؟ آیا می خواهید مطالب جالب تری ببینید؟ با ثبت سفارش یا معرفی به دوستان از ما حمایت کنید 30٪ تخفیف برای کاربران Habr در آنالوگ منحصر به فرد سرورهای سطح ورودی که توسط ما برای شما اختراع شده است: تمام حقیقت در مورد VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps از 20 دلار یا چگونه سرور را به اشتراک بگذاریم؟ (در دسترس با RAID1 و RAID10، حداکثر 24 هسته و حداکثر 40 گیگابایت DDR4).

Dell R730xd 2 برابر ارزان تر است؟ فقط اینجا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV از 199 دلار در هلند! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - از 99 دلار! در مورد بخوانید نحوه ساخت شرکت زیرساخت کلاس با استفاده از سرورهای Dell R730xd E5-2650 v4 به ارزش 9000 یورو برای یک پنی؟

منبع: www.habr.com