Il y a des questions auxquelles nous avons posé ou essayé de répondre : pourquoi le ciel est-il bleu, combien d'étoiles y a-t-il dans le ciel, qui est le plus fort - un requin blanc ou un épaulard, etc. Et il y a des questions que nous n’avons pas posées, mais cela ne rend pas la réponse moins intéressante. Ces questions sont notamment les suivantes : qu'est-ce qui a réuni de si important les scientifiques des universités de Lund (Suède), Witwatersrand (Afrique du Sud), Stockholm (Suède) et Würzburg (Allemagne) ? C’est probablement quelque chose de très important, de très complexe et incroyablement utile. Eh bien, c’est difficile à dire avec certitude à ce sujet, mais c’est certainement très intéressant, à savoir comment les bousiers naviguent dans l’espace. À première vue, tout ici est trivial, mais notre monde regorge de choses qui ne sont pas aussi simples qu'il y paraît, et les bousiers en sont la preuve. Alors, qu’y a-t-il de si unique dans le système de navigation du bousier, comment les scientifiques l’ont-ils testé et qu’est-ce que la concurrence a à voir avec cela ? Nous trouverons des réponses à ces questions et à d’autres dans le rapport du groupe de recherche. Aller.
Le protagoniste
Tout d’abord, il convient de connaître le personnage principal de cette étude. Il est fort, travailleur, persistant, beau et attentionné. C'est un bousier de la superfamille des Scarabaeidae.
Les bousiers doivent leur nom peu attrayant à leurs préférences gastronomiques. D'une part, c'est un peu dégoûtant, mais pour le bousier, c'est une excellente source de nutriments, c'est pourquoi 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 représentants adorent se régaler de mille-pattes.
La prévalence des bousiers fait l’envie de la plupart des autres créatures vivantes, puisqu’ils vivent sur tous les continents à l’exception de l’Antarctique. L'habitat s'étend des forêts fraîches aux déserts chauds. Évidemment, il est plus facile de trouver de grandes concentrations de bousiers dans les habitats animaux qui sont des « usines » pour la production de leur nourriture. Les bousiers préfèrent stocker de la nourriture pour l’avenir.
Une courte vidéo sur les bousiers et les complexités de leur mode de vie (BBC, David Attenborough).
Différentes espèces de coléoptères ont leurs propres caractéristiques d'adaptation comportementale. Certains forment des boules de fumier qui sont roulées depuis le site de collecte et enterrées dans un trou. D’autres creusent des tunnels sous terre et les remplissent de nourriture. Et d’autres encore, qui connaissent le dicton sur Mahomet et le chagrin, vivent simplement dans des tas de fumier.
Les réserves de nourriture sont importantes pour le coléoptère, mais pas tant pour des raisons d'auto-préservation que pour prendre soin de sa future progéniture. Le fait est que les larves de bousiers vivent dans ce que leurs parents ont collecté plus tôt. Et plus il y a de fumier, c'est-à-dire de nourriture pour les larves, plus elles ont de chances de survivre.
Je suis tombé sur cette formulation en train de collecter des informations, et elle ne sonne pas très bien, surtout la dernière partie :... Les mâles se battent pour les femelles, posant leurs pieds contre les parois du tunnel, et poussant leur adversaire avec des excroissances en forme de cornes... Certains mâles n'ont pas de cornes et ne s'engagent donc pas dans le combat, mais ont des gonades et une garde plus grandes la femelle dans le prochain tunnel...
Eh bien, passons directement des paroles à la recherche elle-même.
Comme je l'ai mentionné plus tôt, certaines espèces de bousiers forment des boules et les roulent en ligne droite, quelle que soit la qualité ou la difficulté du parcours choisi, dans un trou de stockage. C'est ce comportement de ces coléoptères que l'on connaît le mieux grâce à de nombreux documentaires. Nous savons également qu'en plus de leur force (certaines espèces peuvent soulever 1000 XNUMX fois leur propre poids), de leurs préférences gastronomiques et du soin apporté à leur progéniture, les bousiers ont une excellente orientation spatiale. De plus, ce sont les seuls insectes capables de se déplacer la nuit grâce aux étoiles.
En Afrique du Sud (lieu des observations), un bousier, ayant trouvé une « proie », forme une boule et commence à la faire rouler en ligne droite dans une direction aléatoire, surtout à l'écart des concurrents qui n'hésiteront pas à l'emporter. la nourriture qu'il a obtenue. Ainsi, pour qu’une fuite soit efficace, il faut toujours se déplacer dans la même direction, sans dévier de sa trajectoire.
Le soleil est le principal point de référence, comme nous le savons déjà, mais ce n’est pas le plus fiable. La hauteur du soleil change tout au long de la journée, ce qui réduit la précision de l'orientation. Pourquoi les coléoptères ne commencent-ils pas à courir en rond, à se tromper de direction et à vérifier la carte toutes les 2 minutes ? Il est logique de supposer que le soleil n'est pas la seule source d'informations pour s'orienter dans l'espace. Et puis les scientifiques ont suggéré que le deuxième point de référence pour les coléoptères était le vent, ou plutôt sa direction. Ce n’est pas une caractéristique unique, car les fourmis et même les cafards sont capables d’utiliser le vent pour trouver leur chemin.
Dans leur travail, les scientifiques ont décidé de tester comment les bousiers utilisent ces informations sensorielles multimodales, quand ils préfèrent naviguer selon le soleil et quand selon la direction du vent, et s'ils utilisent les deux options simultanément. Les observations et les mesures ont été effectuées dans l'environnement naturel des sujets, ainsi que dans des conditions de laboratoire simulées et contrôlées.
Résultats de l'étude
Dans cette étude, le rôle du sujet principal a été joué par un coléoptère de l'espèce Scarabée lamarcki, et des observations en milieu naturel ont été réalisées sur le territoire de la ferme de Stonehenge, près de Johannesburg (Afrique du Sud).
Image n°1 : évolution de la vitesse du vent au cours de la journée (А), changements de direction du vent au cours de la journée (В).
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 augmentait à l'approche de l'aube, atteignant un pic quotidien (3 m/s) entre 11h00 et 13h00 (altitude solaire ∼70°).
Les valeurs de vitesse sont remarquables car elles dépassent le seuil de 0,15 m/s requis pour l'orientation ménotactique des bousiers. Dans ce cas, la vitesse maximale du vent coïncide à l'heure de la journée avec le pic d'activité des coléoptères. Scarabée lamarcki.
Les coléoptères font rouler leurs proies en ligne droite depuis le point de collecte jusqu'à une distance assez grande. En moyenne, l'ensemble du parcours prend 6.1 ± 3.8 minutes. Par conséquent, pendant cette période, ils doivent suivre l’itinéraire le plus précisément possible.
Si nous parlons de direction du vent, alors pendant la période d'activité maximale des coléoptères (de 06h30 à 18h30), le changement moyen de direction du vent pendant une période 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 la navigation multimodale des coléoptères.
Image #2
Il est temps d'observer. Pour tester l’influence possible du vent sur les caractéristiques d’orientation spatiale des bousiers, une « arène » circulaire a été créée avec de la nourriture au centre. Les coléoptères étaient libres de faire rouler les boules qu’ils formaient dans n’importe quelle direction à partir du centre en présence d’un flux d’air contrôlé et stable à une vitesse de 3 m/s. Ces tests ont été effectués par temps clair lorsque l'altitude du soleil variait tout au long de la journée comme suit : ≥75° (haut), 45-60° (moyen) et 15-30° (bas).
Les changements de flux d'air et de position du soleil peuvent varier jusqu'à 180° entre deux visites de coléoptères (2А). Il convient également de considérer le fait que les coléoptères ne souffrent pas de sclérose et qu'ils se souviennent donc après la première visite de l'itinéraire qu'ils ont choisi. Sachant cela, les scientifiques prennent en compte les changements d'angle de sortie de l'arène lors de l'entrée ultérieure du coléoptère comme l'un des indicateurs du succès de l'orientation.
Lorsque l'altitude du soleil est ≥75° (élevée), les changements d'azimut en réponse à un changement de 180° de la direction du vent entre le premier et le deuxième épisode étaient regroupés autour de 180° (P < 0,001, test V) avec un changement moyen de 166.9 ± 79.3. ° (2B). Dans ce cas, un changement de position du soleil (un miroir a été utilisé) de 180° a provoqué une réaction subtile de 13,7 ± 89,1° (cercle inférieur sur 2B).
Il est intéressant de noter qu'à moyenne et basse altitude d'ensoleillement, les coléoptères restent fidèles à leur route malgré les changements de direction du vent - altitude moyenne : -15,9 ± 40,2° ; P < 0,001 ; basse altitude : 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Mais changer la direction des rayons du soleil de 180° a eu la réaction inverse, c'est-à-dire un changement radical dans la direction de la trajectoire du scarabée - hauteur moyenne : 153,9 ± 83,3° ; basse altitude : −162 ± 69,4° ; P < 0,001 (cercles inférieurs en 2А, 2S и 2D).
Peut-être que l'orientation n'est pas influencée par le vent lui-même, mais par les odeurs. Pour tester cela, un deuxième groupe de coléoptères tests s'est vu retirer les segments antennes distaux, responsables de leur odorat. Les changements de route en réponse aux changements de 180° de la direction du vent présentés par ces coléoptères étaient encore significativement regroupés autour de 180°. En d’autres termes, il n’y a pratiquement aucune différence dans le degré d’orientation entre les coléoptères avec et sans odorat.
Une conclusion intermédiaire est que les bousiers utilisent le soleil et le vent pour s’orienter. Dans ce cas, dans des conditions contrôlées en laboratoire, il a été constaté que la boussole éolienne domine la boussole solaire à haute altitude du soleil, mais la situation commence à changer lorsque le soleil s'approche de l'horizon.
Cette observation indique qu'il existe un système de boussole multimodal dynamique, dans lequel l'interaction entre les deux modalités change en fonction des informations sensorielles. Autrement dit, le coléoptère navigue à tout moment de la journée, en s'appuyant sur la source d'information la plus fiable à ce moment précis (le soleil est bas - le soleil est une référence ; le soleil est haut - le vent est une référence).
Ensuite, les scientifiques ont décidé de vérifier si le vent aidait ou non à orienter les coléoptères. A cet effet, une arène d'un diamètre de 1 m a été préparée avec de la nourriture au centre. Au total, les coléoptères ont effectué 20 couchers de soleil en position haute du soleil : 10 avec vent et 10 sans vent (2F).
Comme prévu, la présence du vent a augmenté la précision d'orientation des coléoptères. Il est à noter que dans les premières observations de la précision de la boussole solaire, le changement d'azimut entre deux séries successives est doublé à une position du soleil haute (>75°) par rapport à une position plus basse (<60°).
Ainsi, nous avons réalisé que le vent joue un rôle important dans l’orientation des bousiers, compensant les imprécisions de la boussole solaire. Mais comment un coléoptère collecte-t-il des informations sur la vitesse et la direction du vent ? Bien entendu, le plus évident est que cela se produit via les antennes. Pour le vérifier, les scientifiques ont effectué des tests en intérieur à un débit d'air constant (3 m/s) avec la participation de deux groupes de coléoptères - avec et sans antennes (3A).
Image #3
Le principal critère de précision de l'orientation était le changement d'azimut entre deux approches lorsque la direction du flux d'air changeait de 180°.
Les changements de direction de déplacement des coléoptères avec antennes étaient regroupés autour de 180°, contrairement aux coléoptères sans antennes. De plus, le changement absolu moyen de l'azimut pour les coléoptères sans antennes était de 104,4 ± 36,0°, ce qui est très différent du changement absolu pour les coléoptères avec antennes - 141,0 ± 45,0° (graphique en 3V). Autrement dit, les coléoptères sans antennes ne pourraient pas naviguer normalement dans le vent. Cependant, ils étaient toujours bien orientés par le soleil.
Sur l'image 3А montre une configuration de test pour tester la capacité des coléoptères à combiner des informations provenant de différentes modalités sensorielles pour ajuster leur itinéraire. Pour ce faire, le test a porté sur les deux amers (vent + soleil) lors de la première approche, ou sur un seul amer (soleil ou vent) lors de la seconde. Ainsi, la multimodalité et l’unimodalité ont été comparées.
Les observations ont montré que les changements de direction de déplacement des coléoptères après le passage d'un repère multimodal à un repère unimodal étaient concentrés autour de 0° : vent uniquement : −8,2 ± 64,3° ; soleil seul : 16,5 ± 51,6° (graphiques au centre et à droite 3C).
Cette caractéristique d'orientation ne différait pas de celle qui était obtenue en présence de deux amers (soleil + vent) (graphique de gauche en 3S).
Cela suggère que, dans des conditions contrôlées, un coléoptère peut utiliser un repère si le second ne fournit pas suffisamment d'informations, c'est-à-dire compenser l'imprécision d'un repère avec le second.
Si vous pensez que les scientifiques se sont arrêtés là, alors ce n'est pas le cas. Ensuite, il était nécessaire de vérifier dans quelle mesure les coléoptères stockent bien les informations sur l'un des points de repère et s'ils les utilisent à l'avenir en complément. Pour cela, 4 approches ont été réalisées : dans la première il y avait 1 repère (le soleil), dans les deuxième et troisième un flux d'air a été ajouté, et lors de la quatrième il n'y avait qu'un flux d'air. Un test a également été réalisé où les repères étaient dans l'ordre inverse : vent, soleil + vent, soleil + vent, soleil.
Une théorie provisoire est que si les coléoptères peuvent stocker des informations sur les deux points de repère dans la même région de mémoire spatiale du cerveau, ils devraient alors maintenir la même direction lors de la première et de la quatrième visite, c'est-à-dire les changements de direction du mouvement doivent se regrouper autour de 0°.
Image #4
Les données collectées sur le changement d'azimut au cours des premier et quatrième passages ont confirmé l'hypothèse ci-dessus (4A), qui a ensuite été confirmée par la modélisation dont les résultats sont représentés dans le graphique 4C (à gauche).
En guise de contrôle complémentaire, des tests ont été réalisés où le flux d'air a été remplacé par une tache ultraviolette (4B et 4C à droite). Les résultats étaient presque identiques aux tests de soleil et de débit d’air.
Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je recommande de regarder и pour lui.
Le final
La combinaison des résultats d'expériences dans des environnements naturels et contrôlés a montré que chez les bousiers, les informations visuelles et mécanosensorielles convergent dans un réseau neuronal commun et sont stockées sous la forme d'un instantané d'une boussole multimodale. Une comparaison de l’efficacité de l’utilisation du soleil ou du vent comme référence a montré que les coléoptères avaient tendance à utiliser la référence qui leur fournissait plus d’informations. Le second est utilisé comme pièce de rechange ou complémentaire.
Cela peut sembler très courant pour nous, mais n’oubliez pas que notre cerveau est beaucoup plus gros que celui d’un petit insecte. Mais, comme nous l'avons appris, 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 le plus souvent d'une combinaison des deux.
Vendredi off-top :
Même les coléoptères se battent pour leurs proies. Et peu importe que la proie soit une boule de fumier.
(BBC Terre, David Attenborough)
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Source: habr.com