On kysymyksiä, joita kysyimme tai yritimme vastata: miksi taivas on sininen, kuinka monta tähteä on taivaalla, kumpi on vahvempi - valkoinen hai vai miekkavalas jne. Ja on kysymyksiä, joita emme kysyneet, mutta se ei tee vastauksesta yhtään vähemmän mielenkiintoista. Tällaisia kysymyksiä ovat muun muassa seuraavat: mitä niin tärkeää Lundin (Ruotsi), Witwatersrandin (Etelä-Afrikka), Tukholman (Ruotsi) ja Würzburgin (Saksa) yliopistojen tiedemiehet yhdistivät? Tämä on luultavasti jotain erittäin tärkeää, erittäin monimutkaista ja uskomattoman hyödyllistä. No, tästä on vaikea sanoa varmasti, mutta se on ehdottomasti erittäin mielenkiintoista, nimittäin kuinka lantakuoriaiset liikkuvat avaruudessa. Ensi silmäyksellä kaikki täällä on triviaalia, mutta maailmamme on täynnä asioita, jotka eivät ole niin yksinkertaisia kuin miltä ne näyttävät, ja lantakuoriaiset ovat todiste tästä. Joten mitä ainutlaatuista lantakuoriaisen navigointijärjestelmässä on, miten tutkijat testasivat sitä ja mitä tekemistä kilpailulla on sen kanssa? Näihin ja muihin kysymyksiin löydämme vastaukset tutkimusryhmän raportista. Mennä.
päähenkilö
Ensinnäkin kannattaa tutustua tämän tutkimuksen päähenkilöön. Hän on vahva, ahkera, sinnikäs, komea ja välittävä. Se on Scarabaeidae-suvun lantakuoriainen.
Lannankuoriaiset saivat ei kovin houkuttelevan nimensä gastronomisten mieltymystensä vuoksi. Toisaalta tämä on hieman karua, mutta lantakuoriaiselle se on erinomainen ravinteiden lähde, minkä vuoksi useimmat tämän perheen lajit eivät tarvitse muita ravintolähteitä tai edes vettä. Ainoa poikkeus on laji Deltochilum valgum, jonka edustajat rakastavat juhlimaan tuhatjalkaisia.
Useimmat muut elävät olennot kadehtivat lantakuoriaisten esiintyvyyttä, koska ne elävät kaikilla mantereilla Etelämannerta lukuun ottamatta. Elinympäristö vaihtelee viileistä metsistä kuumiin aavikoihin. On selvää, että on helpompi löytää suuria lantakuoriaisten pitoisuuksia eläinten elinympäristöistä, jotka ovat "tehtaita" ravintonsa tuotantoa varten. Lannankuoriaiset säilyttävät mieluummin ruokaa tulevaisuutta varten.
Lyhyt video lantakuoriaisista ja niiden elämäntavan monimutkaisuudesta (BBC, David Attenborough).
Eri kovakuoriaisilla on omat käyttäytymiseen sopeutumisominaisuudet. Jotkut muodostavat lantapalloja, jotka rullataan keräyspaikalta ja haudataan reikään. Toiset kaivavat tunneleita maan alle ja täyttävät ne ruoalla. Ja vielä toiset, jotka tietävät sanonnan Muhammedista ja surusta, elävät yksinkertaisesti lantakasoissa.
Ravinnon saanti on kovakuoriaiselle tärkeää, mutta ei niinkään itsesäilöntäsyistä, vaan tulevista jälkeläisistä huolehtimisen vuoksi. Tosiasia on, että lantakuoriaisen toukat elävät vanhemman aiemmin keräämissä paikoissa. Ja mitä enemmän lantaa eli ravintoa toukille, sitä todennäköisemmin ne selviytyvät.
Törmäsin tähän muotoiluun tiedonkeruun aikana, eikä se kuulosta kovin hyvältä, varsinkaan viimeinen osa:... Urokset taistelevat naaraiden puolesta lepäämällä jalkojaan tunnelin seiniä vasten ja työntäen vastustajaansa sarvimaisilla kasvaimilla ... Joillakin uroksilla ei ole sarvia, joten ne eivät osallistu taisteluun, mutta niillä on suuremmat sukurauhaset ja vartija naaras seuraavassa tunnelissa...
No, siirrytään sanoituksesta suoraan itse tutkimukseen.
Kuten aiemmin mainitsin, jotkin lantakuoriaiset muodostavat palloja ja rullaavat ne suorassa linjassa valitun reitin laadusta tai vaikeudesta riippumatta varastoreikään. Tämä näiden kovakuoriaisten käyttäytyminen tunnetaan parhaiten lukuisten dokumenttien ansiosta. Tiedämme myös, että voiman (jotkut lajit voivat nostaa 1000-kertaisen oman painonsa), gastronomisten mieltymysten ja jälkeläisistä huolehtimisen lisäksi lannankuoriaisilla on erinomainen avaruudellinen suuntautuminen. Lisäksi ne ovat ainoita hyönteisiä, jotka pystyvät navigoimaan yöllä tähtien avulla.
Etelä-Afrikassa (havaintojen sijaintipaikka) lantakuoriainen, löydettyään ”saaliin”, muodostaa pallon ja alkaa pyöritellä sitä suorassa linjassa satunnaiseen suuntaan, mikä tärkeintä pois kilpailijoista, jotka eivät epäröi ottaa pois. sen hankkima ruoka. Siksi, jotta pakeneminen olisi tehokasta, sinun on liikuttava samaan suuntaan koko ajan poikkeamatta kurssista.
Aurinko on tärkein vertailupiste, kuten jo tiedämme, mutta se ei ole luotettavin. Auringon korkeus vaihtelee pitkin päivää, mikä heikentää suunnan tarkkuutta. Miksi kovakuoriaiset eivät ala juoksemaan ympyröitä, hämmentymään suunnassa ja tarkistamaan karttaa 2 minuutin välein? On loogista olettaa, että aurinko ei ole ainoa tiedonlähde avaruudessa suuntautumiseen. Ja sitten tutkijat ehdottivat, että kovakuoriaisten toinen vertailupiste on tuuli tai pikemminkin sen suunta. Tämä ei ole ainutlaatuinen ominaisuus, sillä muurahaiset ja jopa torakat voivat käyttää tuulta löytääkseen tiensä.
Tutkijat päättivät työssään testata, kuinka lantakuoriaiset käyttävät tätä multimodaalista aistitietoa, milloin ne navigoivat mieluummin auringon mukaan ja milloin tuulen suunnan mukaan ja käyttävätkö ne molempia vaihtoehtoja samanaikaisesti. Havaintoja ja mittauksia tehtiin koehenkilöiden luonnollisissa elinympäristöissä sekä simuloiduissa, kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa.
Tutkimuksen tulokset
Tässä tutkimuksessa pääkohteena oli lajin kovakuoriainen Scarabaeus lamarcki, ja havaintoja luonnonympäristössä tehtiin Stonehengen maatilan alueella lähellä Johannesburgia (Etelä-Afrikka).
Kuva nro 1: tuulen nopeuden muutokset päivän aikana (А), tuulen suunta muuttuu päivän aikana (В).
Tuulen nopeudesta ja suunnasta tehtiin alustavia mittauksia. Yöllä nopeus oli pienin (<0,5 m/s), mutta nousi lähempänä aamunkoittoa ja saavutti päivän huippunsa (3 m/s) klo 11-00 (auringon korkeus ~13°).
Nopeusarvot ovat merkittäviä, koska ne ylittävät lantakuoriaisten menotaktiseen orientaatioon vaadittavan 0,15 m/s kynnyksen. Tässä tapauksessa tuulen huippunopeus osuu samaan aikaan vuorokauden aikana kovakuoriaisten aktiivisuuden huipputason kanssa Scarabaeus lamarcki.
Kuoriaiset pyörittävät saalistaan suorassa linjassa keräyspisteestä melko suurelle matkalle. Keskimäärin koko reitti kestää 6.1 ± 3.8 minuuttia. Siksi heidän on tänä aikana seurattava reittiä mahdollisimman tarkasti.
Jos puhumme tuulen suunnasta, niin kovakuoriaisten maksimiaktiivisuuden aikana (06-30) tuulen suunnan keskimääräinen muutos 18 minuutin ajanjakson aikana on enintään 30°.
Yhdistämällä tietoja tuulen nopeudesta ja suunnasta koko päivän tutkijat uskovat, että tällaiset sääolosuhteet riittävät kovakuoriaisten multimodaaliseen navigointiin.
Kuva #2
On aika tarkkailla. Tuulen mahdollisen vaikutuksen testaamiseksi lantakuoriaisten avaruudellisiin suuntautumisominaisuuksiin luotiin pyöreä "areena", jonka keskellä oli ruokaa. Kuoriaiset saivat vapaasti pyöritellä muodostamiaan palloja mihin tahansa suuntaan keskustasta kontrolloidun, vakaan ilmavirran läsnä ollessa nopeudella 3 m/s. Nämä testit suoritettiin kirkkaina päivinä, jolloin auringon korkeus vaihteli päivän aikana seuraavasti: ≥75° (korkea), 45-60° (keskipiste) ja 15-30° (matala).
Muutokset ilmavirrassa ja auringon asennossa voivat muuttua jopa 180° kahden kovakuoriaisen käynnin välillä (2А). On myös syytä ottaa huomioon, että kovakuoriaiset eivät kärsi skleroosista, ja siksi he muistavat ensimmäisen käynnin jälkeen valitsemansa reitin. Tietäen tämän, tutkijat ottavat huomioon muutokset areenalta poistumiskulmassa kovakuoriaisen myöhemmän sisääntulon aikana yhtenä orientoitumisen onnistumisen indikaattoreista.
Kun auringon korkeus oli ≥ 75° (korkea), atsimuutin muutokset vastauksena 180° tuulen suunnan muutokseen ensimmäisen ja toisen sarjan välillä ryhmittyivät noin 180°:een (P < 0,001, V-testi) keskimääräisen muutoksen ollessa 166.9 ± 79.3 ° (2B). Tässä tapauksessa muutos auringon asennossa (käytettiin peiliä) 180° aiheutti hienovaraisen reaktion 13,7 ± 89,1° (alempi ympyrä päällä 2B).
Mielenkiintoista on, että keski- ja matalalla auringonkorkeudella kovakuoriaiset tarttuivat reiteilleen tuulen suunnan muutoksista huolimatta - keskikorkeus: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; matala korkeus: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Mutta auringonsäteiden suunnan muuttamisella 180°:lla oli päinvastainen reaktio, eli radikaali muutos kuoriaisen reitin suunnassa - keskikorkeus: 153,9 ± 83,3°; matala korkeus: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (alemmat ympyrät sisään 2А, 2S и 2D).
Ehkä suuntautumiseen ei vaikuta itse tuuli, vaan haju. Tämän testaamiseksi toiselta testikuoriaisryhmältä poistettiin distaaliset antennisegmentit, jotka ovat vastuussa heidän hajuaistuksestaan. Reittimuutokset vastauksena näiden kovakuoriaisten osoittamiin 180° tuulen suunnan muutoksiin olivat edelleen merkittävästi ryhmittyneet noin 180°. Toisin sanoen hajuaistin kanssa ja ilman hajuaistia olevien kovakuoriaisten orientaatioasteessa ei ole käytännössä mitään eroa.
Välipäätelmä on, että lantakuoriaiset käyttävät suuntautumisessaan aurinkoa ja tuulta. Tässä tapauksessa valvotuissa laboratorio-olosuhteissa havaittiin, että tuulikompassi hallitsee aurinkokompassia korkealla auringon korkeudella, mutta tilanne alkaa muuttua, kun aurinko lähestyy horisonttia.
Tämä havainto osoittaa, että käytössä on dynaaminen multimodaalinen kompassijärjestelmä, jossa näiden kahden modaliteetin välinen vuorovaikutus muuttuu aistitietojen mukaan. Toisin sanoen kovakuoriainen navigoi mihin aikaan päivästä tahansa luottaen luotettavimpaan tietolähteeseen sillä hetkellä (aurinko on matalalla - aurinko on viite; aurinko on korkealla - tuuli on viite).
Seuraavaksi tutkijat päättivät tarkistaa, auttaako tuuli kovakuoriaisten suuntaamisessa vai ei. Tätä tarkoitusta varten valmistettiin halkaisijaltaan 1 m areena, jonka keskellä oli ruokaa. Kaikkiaan kovakuoriaiset tekivät 20 auringonlaskua auringon korkealla paikalla: 10 tuulella ja 10 ilman tuulta (2F).
Kuten odotettiin, tuulen läsnäolo paransi kovakuoriaisten suuntautumistarkkuutta. On huomattava, että aurinkokompassin tarkkuuden varhaisissa havainnoissa atsimuutin muutos kahden peräkkäisen sarjan välillä kaksinkertaistuu korkeassa auringon asennossa (>75°) verrattuna alempaan sijaintiin (<60°).
Joten ymmärsimme, että tuulella on tärkeä rooli lantakuoriaisten suunnassa, mikä kompensoi aurinkokompassin epätarkkuuksia. Mutta miten kovakuoriainen kerää tietoa tuulen nopeudesta ja suunnasta? Tietenkin ilmeisin asia on, että tämä tapahtuu antennien kautta. Tämän todentamiseksi tutkijat suorittivat testejä sisätiloissa vakioilmavirralla (3 m/s) kahden kovakuoriaisryhmän kanssa - antenneilla ja ilman (3A).
Kuva #3
Suuntaustarkkuuden pääkriteeri oli atsimuutin muutos kahden lähestymisen välillä, kun ilmavirran suunta muuttui 180°.
Antennillisten kovakuoriaisten liikesuunnan muutokset ryhmittyivät noin 180°, toisin kuin antennittomissa kovakuoriaisissa. Lisäksi keskimääräinen absoluuttinen muutos kovakuoriaisilla ilman antennia oli 104,4 ± 36,0°, mikä on hyvin erilainen kuin absoluuttinen muutos kovakuoriaisille, joilla on antenni - 141,0 ± 45,0° (kaavio 3V). Toisin sanoen kovakuoriaiset ilman antenneja eivät pystyneet navigoimaan normaalisti tuulessa. Kuitenkin he olivat edelleen hyvin suunnattu auringon.
Kuvan päällä 3А näyttää testiasetuksen, jolla testataan kovakuoriaisten kykyä yhdistää eri aistimodaliteeteista saatua tietoa reittinsä säätämiseksi. Tätä varten testi sisälsi molemmat maamerkit (tuuli + aurinko) ensimmäisen lähestymisen aikana tai vain yhden maamerkin (aurinko tai tuuli) toisen lähestymisen aikana. Tällä tavalla verrattiin multimodaalisuutta ja unimodaalisuutta.
Havainnot osoittivat, että muutokset kovakuoriaisten liikesuunnassa siirtymisen jälkeen monimuotoisesta maamerkistä yksimuotoiseksi maamerkiksi keskittyivät noin 0°:een: vain tuuli: −8,2 ± 64,3°; vain aurinko: 16,5 ± 51,6° (kaaviot keskellä ja oikealla 3C).
Tämä suuntausominaisuus ei eronnut siitä, joka saatiin kahden (aurinko + tuuli) maamerkin läsnä ollessa (kaavio vasemmalla 3S).
Tämä viittaa siihen, että valvotuissa olosuhteissa kovakuoriainen voi käyttää yhtä maamerkkiä, jos toinen ei anna riittävästi tietoa, eli kompensoi yhden maamerkin epätarkkuutta toisella.
Jos luulet, että tiedemiehet pysähtyivät tähän, niin tämä ei ole niin. Seuraavaksi piti tarkistaa, kuinka hyvin kovakuoriaiset tallentavat tietoa jostakin maamerkistä ja käyttävätkö ne sitä jatkossa lisänä. Tätä tarkoitusta varten suoritettiin 4 lähestymistapaa: ensimmäisessä oli 1 maamerkki (aurinko), toiseen ja kolmanteen lisättiin ilmavirta ja neljännessä vain ilmavirta. Tehtiin myös testi, jossa maamerkit olivat käänteisessä järjestyksessä: tuuli, aurinko + tuuli, aurinko + tuuli, aurinko.
Alustava teoria on, että jos kovakuoriaiset voivat tallentaa tietoa molemmista maamerkeistä samalle aivomuistialueelle, niiden tulisi säilyttää sama suunta ensimmäisellä ja neljännellä käynnillä, ts. liikesuunnan muutosten tulisi ryhmittyä noin 0°:een.
Kuva #4
Kerätyt tiedot atsimuutin muutoksesta ensimmäisen ja neljännen ajon aikana vahvistivat yllä olevan oletuksen (4A), joka vahvistettiin edelleen mallintamalla, jonka tulokset on kuvattu kaaviossa 4C (vasemmalla).
Lisätarkastuksena suoritettiin kokeita, joissa ilmavirta korvattiin ultraviolettipisteellä (oikealla 4B ja 4C). Tulokset olivat lähes identtiset aurinko- ja ilmavirtatestien kanssa.
Jos haluat tutustua tarkemmin tutkimuksen vivahteisiin, suosittelen katsomaan и hänelle.
Epilogi
Sekä luonnollisessa että kontrolloidussa ympäristössä suoritettujen kokeiden tulosten yhdistelmä osoitti, että lantakuoriaisissa visuaalinen ja mekanosensorinen informaatio yhtyvät yhteiseen hermoverkkoon ja tallennetaan tilannekuvana multimodaalisesta kompassista. Auringon tai tuulen vertailun tehokkuuden vertailu osoitti, että kovakuoriaisilla oli tapana käyttää viitettä, joka antoi heille enemmän tietoa. Toista käytetään vara- tai täydentäjänä.
Tämä saattaa tuntua meille hyvin yleiseltä asialta, mutta älä unohda, että aivomme ovat paljon suuremmat kuin pienen bugin aivot. Mutta kuten olemme oppineet, pienimmätkin olennot kykenevät monimutkaisiin henkisiin prosesseihin, sillä luonnossa selviytymisesi riippuu joko voimasta tai älystä, ja useimmiten molempien yhdistelmästä.
Perjantain off-top:
Jopa kovakuoriaiset taistelevat saalista. Ja sillä ei ole väliä, että saalis on lantapallo.
(BBC Earth, David Attenborough)
Kiitos kun luit, pysy utelias ja hyvää viikonloppua kaverit! 🙂
Kiitos, että pysyt kanssamme. Pidätkö artikkeleistamme? Haluatko nähdä mielenkiintoisempaa sisältöä? Tue meitä tekemällä tilauksen tai suosittelemalla ystäville, 30 %:n alennus Habr-käyttäjille ainutlaatuisesta lähtötason palvelimien analogista, jonka me keksimme sinulle: (saatavana RAID1:n ja RAID10:n kanssa, jopa 24 ydintä ja jopa 40 Gt DDR4-muistia).
Dell R730xd 2 kertaa halvempi? Vain täällä Alankomaissa! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - alkaen 99 dollaria! Lukea
Lähde: will.com