Il existe des questions auxquelles nous avons posé des réponses ou tenté d'y répondre : pourquoi le ciel est-il bleu, combien d'étoiles y a-t-il dans le ciel, qui est le plus fort - le requin blanc ou l'orque, etc. Et il y a des questions que nous n'avons pas posées, mais auxquelles la réponse n'est pas moins intéressante. Une question telle que celle-ci peut être : qu'est-ce que des chercheurs des universités de Lund (Suède), de Witwatersrand (Afrique du Sud), de Stockholm (Suède) et de Wurtzbourg (Allemagne) ont décidé d'étudier ensemble ? C'est probablement quelque chose de très important, de très complexe et d'incroyablement utile. Certes, il est difficile de le dire avec certitude, mais c'est assurément très captivant, à savoir comment les scarabées bousiers s'orientent dans l'espace. À première vue, cela semble trivial, mais notre monde est rempli de choses qui ne sont pas aussi simples qu'elles en ont l'air, et les scarabées bousiers en sont la preuve. Alors, qu'est-ce qui est si unique dans le système de navigation du scarabée bousier, comment les scientifiques l'ont-ils vérifié et quel rôle joue la compétition ? Nous trouverons des réponses à ces questions dans le rapport du groupe de recherche. Allons-y.
Le personnage principal
Tout d'abord, il convient de se familiariser avec le personnage principal de cette étude. Il est fort, travailleur, persévérant, beau et attentionné. C'est un scarabée bousier de la superfamille des Scaraboïdes.
Les scarabées bousiers ont reçu leur nom peu flatteur en raison de leurs préférences gastronomiques. D'un côté, cela peut sembler un peu dégoûtant, mais pour le scarabée bousier, c'est une excellente source de nutriments, au point que la plupart des espèces de cette famille n'ont pas besoin d'autres sources de nourriture, ni même d'eau. La seule exception est l'espèce Deltochilum valgum, dont les membres aiment se régaler de mille-pattes.
La répartition des scarabées bousiers peut faire envie à la plupart des autres êtres vivants, car ils habitent tous les continents sauf l'Antarctique. Leur aire de répartition varie des forêts fraîches aux déserts ardents. Il est clair qu'il est plus facile de croiser un grand regroupement de scarabées bousiers dans des endroits où vivent des animaux qui sont des « usines » à produire leur nourriture. Les scarabées bousiers préfèrent faire des réserves de nourriture pour le futur.
Une courte vidéo sur les scarabées bousiers et les défis de leur mode de vie (BBC, David Attenborough).
Différentes espèces de scarabées possèdent leurs propres caractéristiques comportementales d'adaptation. Certains forment des boules à partir de fumier, qu'ils roulent loin du lieu de collecte et enterrent dans un terrier. D'autres creusent des tunnels sous terre, les remplissant de nourriture. Et certains, connaissant le proverbe sur Mahomet et la montagne, vivent simplement en tas de fumier.
Les réserves alimentaires sont importantes pour le scarabée, non pas tant pour des raisons de survie personnelle, mais plutôt par souci pour sa future progéniture. En effet, les larves des scarabées bousiers vivent de ce que leurs parents ont précédemment collecté. Plus il y a de fumier, donc de nourriture pour les larves, plus la probabilité qu'elles survivent est élevée.
Je suis tombé sur cette formulation lors de la collecte d'informations, et elle ne sonne pas très bien, surtout la dernière partie :…Les mâles se battent pour les femelles, s'appuyant sur les parois du tunnel avec leurs pattes, tout en poussant leur concurrent avec leurs excroissances en forme de cornes… Certains mâles n'ont pas de cornes et n'entrent donc pas en lutte, mais possèdent des glandes sexuelles plus grandes et guettent une femelle dans le tunnel voisin…
Eh bien, passons de la lyrique à la recherche elle-même.
Comme je l'ai déjà mentionné, certaines espèces de scarabées bousiers forment des boules et les roulent en ligne droite, sans se soucier de la qualité et de la complexité du chemin choisi, vers leur terrier de stockage. C'est avec ce comportement de ces scarabées que nous sommes le mieux familiarisés grâce à de nombreux documentaires. Nous savons également qu'en plus de leur force (certaines espèces peuvent soulever des poids 1000 fois supérieurs à leur propre poids), de leurs préférences gastronomiques et de leur souci pour leur progéniture, les scarabées bousiers s'orientent très bien dans l'espace. De plus, ils sont les seuls insectes capables de s'orienter la nuit en se basant sur les étoiles.
En Afrique du Sud (lieu des observations), un scarabée bousier, après avoir trouvé une "proie", forme une boule et commence à la rouler en ligne droite dans une direction aléatoire, loin des concurrents qui n'hésiteront pas à lui prendre sa nourriture récoltée. Par conséquent, pour que la fuite soit efficace, il doit se déplacer dans la même direction tout le temps, sans dévier de son cours.
Le soleil est notre principal repère, comme nous le savons, mais ce n'est pas le plus fiable. L'angle du soleil change au cours de la journée, ce qui réduit la précision de l'orientation. Pourquoi les scarabées ne commencent-ils pas à tourner en rond, à se perdre et à vérifier leur carte toutes les deux minutes ? Il est logique de supposer que le soleil n'est pas leur seule source d'information pour s'orienter dans l'espace. Les scientifiques ont ainsi émis l'hypothèse qu'un deuxième repère pour les scarabées est le vent, plus précisément sa direction. Ce n'est pas une caractéristique unique, car les fourmis et même les cafards peuvent utiliser le vent pour trouver leur chemin.
Dans leur étude, les chercheurs ont décidé de vérifier comment les scarabées bousiers utilisent cette information sensorielle multimodale, quand ils préfèrent s'orienter selon le soleil, quand selon la direction du vent, et s'ils utilisent les deux options simultanément. Des observations et des mesures ont été effectuées dans l'habitat naturel des sujets, ainsi que dans des conditions de laboratoire contrôlées simulées.
Résultats de l'étude
Dans cette étude, le principal sujet était le scarabée de l'espèce Scarabaeus lamarcki, et les observations dans leur habitat naturel ont été réalisées sur la ferme « Stonehenge », près de Johannesburg (Afrique du Sud).
Image n°1 : variations de la vitesse du vent au cours de la journée (Un), variations de la direction du vent au cours de la journée (Dans).
Des mesures préliminaires de la vitesse et de la direction du vent ont été effectuées. La nuit, la vitesse était la plus faible (<0,5 m/s), mais elle augmentait à l'approche de l'aube, atteignant un pic quotidien (3 m/s) entre 11h00 et 13h00 (angle du soleil ∼70°).
Les mesures de vitesse sont notables car elles dépassent le seuil de 0,15 m/s, nécessaire pour l'orientation mentotaxique des scarabées bousiers. De plus, le pic de la vitesse du vent coïncide avec le pic d'activité des scarabées. Scarabaeus lamarcki.
Les scarabées roulent leur proie en ligne droite depuis le point de collecte sur une distance considérable. En moyenne, le trajet complet prend 6,1 ± 3,8 minutes. Par conséquent, pendant cette période, ils doivent suivre leur itinéraire avec la plus grande précision.
En ce qui concerne la direction du vent, durant la période de l'activité maximale des scarabées (de 06h30 à 18h30), la variation moyenne de la direction du vent sur un intervalle de 6 minutes ne dépasse pas 27,0°.
En combinant les données sur la vitesse et la direction du vent tout au long de la journée, les scientifiques estiment que de telles conditions météorologiques sont suffisantes pour l'orientation multimodale des scarabées.
Image n°2
Il est temps d'observer. Pour vérifier l'influence potentielle du vent sur les caractéristiques d'orientation des scarabées bousiers dans l'espace, une « arène » ronde a été créée, au centre de laquelle se trouvait de la nourriture. Les scarabées pouvaient librement rouler les boulettes qu'ils avaient formées dans n'importe quelle direction à partir du centre en présence d'un flux d'air stable contrôlé à une vitesse de 3 m/s. Ces tests ont été réalisés par temps clair, lorsque la hauteur du soleil variait au cours de la journée de la manière suivante : ≥75° (élevée), 45–60° (moyenne) et 15–30° (basse).
Les changements de flux d'air et de position du soleil peuvent varier de 180° entre deux passages du scarabée (2A). Il convient également de noter que les scarabées ne souffrent pas de sclérose, et donc, après le premier passage, ils mémorisent l'itinéraire qu'ils ont choisi. Sachant cela, les scientifiques prennent en compte les changements de l'angle de sortie de l'arène lors du passage suivant du scarabée comme l'un des indicateurs du succès de l'orientation.
Lorsque la hauteur du soleil est ≥75° (élevée), les variations d'azimut en réponse à un changement de direction du vent de 180° entre le premier et le deuxième passages ont été regroupées autour de 180° (P <0,001, test V) avec une variation moyenne de 166,9 ± 79,3° (2B). Dans ce cas, le changement de position du soleil (un miroir a été utilisé) de 180° a provoqué une réaction à peine perceptible de 13,7 ± 89,1° (cercle inférieur à 2B).
Curieusement, lorsqu'une hauteur du soleil moyenne et basse a été observée, les scarabées ont maintenu leurs itinéraires malgré les changements de direction du vent - hauteur moyenne : -15,9 ± 40,2° ; P < 0,001 ; hauteur basse : 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C et 2D). En revanche, les changements dans la direction des rayons du soleil de 180° ont eu un effet inverse, entraînant un changement radical de l'itinéraire du scarabée - hauteur moyenne : 153,9 ± 83,3° ; hauteur basse : −162 ± 69,4° ; P <0,001 (cercles inférieurs à 2A, 2C et 2D).
Il est possible que l'orientation ne soit pas influencée par le vent lui-même, mais par les odeurs. Pour vérifier cela, des segments distaux des antennes du deuxième groupe de scarabées ont été retirés, segments responsables de l'odorat. Les changements d'itinéraire en réponse à un changement de direction du vent de 180°, montrés par ces scarabées, ont tout de même été significativement regroupés autour de 180°. En d'autres termes, il n'y a en fait pas de différence dans le degré d'orientation des scarabées avec et sans odorat.
La conclusion intermédiaire est que les scarabées bousiers utilisent le soleil et le vent pour s'orienter. Il a été établi dans des conditions expérimentales contrôlées que la boussole éolienne prévaut sur la boussole solaire lorsque le soleil est élevé dans le ciel, mais la situation commence à changer lorsque le soleil se rapproche de l'horizon.
Cette observation indique qu'il existe un système de boussole multimodal dynamique, où l'interaction entre les deux modalités change en fonction de l'information sensorielle. Autrement dit, le scarabée s'oriente à tout moment de la journée, s'appuyant sur la source d'information la plus fiable à ce moment précis (le soleil est bas — se baser sur le soleil ; le soleil est haut — se baser sur le vent).
Ensuite, les chercheurs ont décidé de vérifier si le vent aide les scarabées à s'orienter ou non. Pour cela, une arène de 1 m de diamètre avec de la nourriture au centre a été préparée. Au total, les scarabées ont effectué 20 passages lors de la position élevée du soleil : 10 avec du vent et 10 sans vent (2F).
Comme prévu, la présence de vent augmentait la précision de l'orientation des scarabées. Il est noté que dans les premières observations de la précision de la boussole solaire, la variation de l'azimut entre deux passages successifs augmente de deux fois lorsque le soleil est haut (> 75°) par rapport à une position plus basse (<60°).
Ainsi, nous avons compris que le vent joue un rôle important dans l'orientation des scarabées bousiers, compensant les inexactitudes de la boussole solaire. Mais comment le scarabée recueille-t-il des informations sur la vitesse et la direction du vent ? Évidemment, cela se fait principalement par les antennes. Pour en être sûr, les chercheurs ont mené des tests en intérieur avec un flux d'air constant (3 m/s) impliquant deux groupes de scarabées — avec antennes et sans antennes (3A).
Image n°3
Le critère principal de la précision d'orientation était la variation de l'azimut entre deux passages lors d'un changement de direction du flux d'air de 180°.
Le changement de direction des scarabées avec antennes a été regroupé autour de 180°, contrairement à ceux sans antennes. De plus, la variation absolue moyenne de l'azimut chez les scarabées sans antennes était de 104,4 ± 36,0°, ce qui diffère fortement de la variation absolue chez les scarabées avec antennes — 141,0 ± 45,0° (graphique sur 3B). Cela signifie que les insectes sans antennes ne pouvaient pas s'orienter correctement en fonction du vent. Cependant, ils s'orientaient toujours bien en fonction du soleil.
Sur l'image 3A Cette configuration présente un test pour vérifier la capacité des insectes à combiner des informations provenant de différentes modalités sensorielles pour ajuster leur trajectoire. Pour cela, le test comportait deux repères (vent + soleil) lors de la première approche, ou seulement un repère (soleil ou vent) lors de la seconde. Ainsi, la multimodalité et l'unimodalité étaient comparées.
Les observations ont montré que les changements de direction des insectes après le passage d'un repère multi à unimodal étaient concentrés autour de 0° : uniquement le vent : −8,2 ± 64,3° ; uniquement le soleil : 16,5 ± 51,6° (graphiques au centre et à droite sur 3C).
Cette caractéristique d'orientation n'était pas différente de celle obtenue avec deux repères (soleil + vent) (graphique à gauche sur 3C).
Cela indique que dans des conditions contrôlées, l'insecte peut utiliser un repère si le second ne fournit pas d'informations suffisantes, compensant ainsi l'inexactitude d'un repère par l'autre.
Si vous pensez que les scientifiques se sont arrêtés là, vous vous trompez. Il était ensuite nécessaire de vérifier à quel point les insectes stockent l'information sur un des repères et si cela leur est utile à l'avenir comme complément. Pour cela, quatre approches ont été réalisées : dans la première, il y avait un repère (le soleil), dans la deuxième et la troisième, un flux d'air a été ajouté, et pendant la quatrième, il n'y avait que le flux d'air. Un test a également été effectué, où les repères étaient dans un ordre inverse : vent, soleil+vent, soleil+vent, soleil.
L'hypothèse préliminaire est que si les insectes peuvent stocker des informations sur les deux repères dans la même zone de mémoire spatiale dans le cerveau, ils devraient conserver la même direction lors de la première et de la quatrième approche, c'est-à-dire que les changements de direction devraient se regrouper autour de 0°.
Image n°4
Les données collectées sur le changement d'azimut au cours de la première et de la quatrième approche ont confirmé l'hypothèse décrite ci-dessus (4A), qui a également été confirmée par modélisation, dont les résultats sont représentés sur le graphique 4C (à gauche).
En tant que contrôle supplémentaire, des tests ont été réalisés où le flux d'air a été remplacé par un spot ultraviolet (4B et 4C à droite). Les résultats étaient pratiquement identiques à ceux des tests utilisant le soleil et le flux d'air.
Pour une compréhension plus approfondie des nuances de l'étude, je recommande de consulter le et à ce sujet.
Épilogue
L'ensemble des résultats des expériences, tant en milieu naturel qu'en laboratoire, a montré que pour les scarabées, l'information visuelle et méca-sensorielle converge dans un réseau neuronal commun et est conservée sous forme d'une image d'une boussole multimodale. La comparaison de l'efficacité d'utilisation du soleil ou du vent comme repère a révélé que les scarabées utilisent davantage celui qui leur fournit le plus d'informations. L'autre est utilisé comme un système de secours ou complémentaire.
Cela peut nous sembler tout à fait banal, mais il ne faut pas oublier que notre cerveau est bien plus gros que celui d'un petit insecte. Mais comme nous l'avons compris, même les plus petites créatures sont capables de processus mentaux complexes, car dans la nature, votre survie dépend soit de la force, soit de l'intelligence, et souvent d'une combinaison des deux.
Hors sujet du vendredi :
Les scarabées se battent même pour leur proie. Et peu importe que la proie soit une boule de fumier.
(BBC Earth, David Attenborough)
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Source : habr.com
