D'r binne fragen dy't wy hawwe steld of besocht te beantwurdzjen: wêrom is de loft blau, hoefolle stjerren binne der oan 'e himel, wa is sterker - in wite haai of in orka, ensfh. En der binne fragen dy't wy net steld hawwe, mar dat makket it antwurd net minder nijsgjirrich. Sokke fragen omfetsje de folgjende: wat sa wichtich hawwe wittenskippers út Lund (Sweden), Witwatersrand (Súd-Afrika), Stockholm (Sweden) en Würzburg (Dútslân) universiteiten kombinearre? Dit is wierskynlik wat heul wichtich, heul kompleks en ongelooflijk nuttich. No, it is dreech om der wis fan te sizzen, mar it is perfoarst tige nijsgjirrich, nammentlik hoe't dongkevers yn 'e romte navigearje. Op it earste each is alles hjir triviaal, mar ús wrâld is fol mei dingen dy't net sa ienfâldich binne as se lykje, en dongkevers binne dit bewiis. Dus, wat is sa unyk oan it navigaasjesysteem fan 'e dongkever, hoe testen wittenskippers it, en wat hat konkurrinsje dermei te krijen? Antwurden op dizze en oare fragen fine wy yn it rapport fan de ûndersyksgroep. Gean.
Protagonist
Alderearst is it de muoite wurdich om de haadpersoan fan dizze stúdzje te kennen. Hy is sterk, hurdwurkjend, oanhâldend, kreas en soarchsume. It is in dongkever út de superfamylje Scarabaeidae .
Dongkevers krigen har net heul oantreklike namme troch har gastronomyske foarkar. Oan 'e iene kant is dit in bytsje brutaal, mar foar de dongkever is it in poerbêste boarne fan fiedingsstoffen, en dêrom hawwe de measte soarten fan dizze famylje gjin oare boarnen fan iten of sels wetter nedich. De ienige útsûndering is de soarte Deltochilum valgum, waans fertsjintwurdigers graach feest op tûzenpoaten.
De prevalens fan dongkevers is de oergeunst fan de measte oare libbene wêzens, om't se op alle kontininten libje útsein Antarktika. It habitat farieart fan koele bosken oant waarme woastinen. Fansels is it makliker om grutte konsintraasjes fan dongkevers te finen yn bistehabitaten dy't "fabriken" binne foar de produksje fan har iten. Dongkevers bewarje it leafst iten foar de takomst.
In koarte fideo oer dongkevers en de kompleksiteiten fan har libbenswize (BBC, David Attenborough).
Ferskillende soarten kevers hawwe har eigen gedrachsoanpassingseigenskippen. Guon foarmje dongballen, dy't fan it sammelplak rôle wurde en yn in gat begroeven wurde. Oaren grave tunnels ûnder de grûn, folje se mei iten. En noch oaren, dy't it sprekwurd oer Mohammed en fertriet kenne, libje gewoan yn 'e dong.
Iten foarrieden binne wichtich foar de kever, mar net sasear foar redenen fan selsbehâld, mar om redenen fan soarch foar takomstige neiteam. It feit is dat dongbeetle larven libje yn wat har âlder earder sammele. En hoe mear dong, dat is iten foar de larven, hoe mear kâns dat se oerlibje.
Ik kaam dizze formulearring tsjin yn it proses fan it sammeljen fan ynformaasje, en it klinkt net heul goed, foaral it lêste diel:... Mantsjes fjochtsje foar wyfkes, rêste de fuotten tsjin 'e muorren fan 'e tunnel, en triuwe har tsjinstanner mei hoarnachtige útgroeisels ... Guon mantsjes hawwe gjin hoarnen en dogge dêrom net yn 'e striid, mar hawwe gruttere gonaden en bewaker it wyfke yn 'e folgjende tunnel ...
No, lit ús fan 'e teksten direkt nei it ûndersyk sels gean.
Lykas ik earder neamde, foarmje guon soarten dongkevers ballen en rôlje se yn in rjochte line, nettsjinsteande de kwaliteit of muoite fan 'e keazen rûte, yn in opslachgat. It is dit gedrach fan dizze kevers dat wy it meast bekend binne troch in protte dokumintêres. Wy witte ek dat njonken sterkte (guon soarten kinne 1000 kear har eigen gewicht ophelje), gastronomyske foarkarren en soarch foar har neiteam, dongkevers hawwe poerbêste romtlike oriïntaasje. Boppedat binne it de iennichste ynsekten dy't nachts mei de stjerren navigearje kinne.
Yn Súd-Afrika (de lokaasje fan 'e waarnimmings) foarmet in dongkever, dy't "proai" fûn hat, in bal en begjint it yn in rjochte line yn in willekeurige rjochting te rôljen, it wichtichste fuort fan konkurrinten dy't net wifkje om fuort te nimmen it iten dat it hat krigen. Dêrom, foar in ûntsnapping te wêzen effektyf, Jo moatte bewege yn deselde rjochting hiele tiid, sûnder gean út koers.
De sinne is it wichtichste referinsjepunt, sa't wy al witte, mar it is net it meast betrouber. De hichte fan 'e sinne feroaret de hiele dei, wat de krektens fan' e oriïntaasje ferminderet. Wêrom begjinne de kevers net yn sirkels te rinnen, yn 'e rjochting te reitsjen en elke 2 minuten de kaart te kontrolearjen? It is logysk om oan te nimmen dat de sinne net de ienige boarne fan ynformaasje is foar oriïntaasje yn romte. En doe suggerearren wittenskippers dat it twadde referinsjepunt foar kevers de wyn is, of leaver syn rjochting. Dit is gjin unike eigenskip, om't mieren en sels kakkerlakken wyn kinne brûke om har wei te finen.
Yn har wurk hawwe de wittenskippers besletten om te testen hoe't dongkevers dizze multimodale sintúchlike ynformaasje brûke, wannear't se leaver troch de sinne navigearje en wannear troch de rjochting fan 'e wyn, en oft se beide opsjes tagelyk brûke. Observaasjes en mjittingen waarden makke yn 'e natuerlike omjouwing fan' e ûnderwerpen, lykas yn simulearre, kontroleare laboratoariumomstannichheden.
Undersyksresultaten
Yn dizze stúdzje waard de rol fan it haadûnderwerp spile troch in kever fan 'e soarte Scarabaeus lamarcki, en observaasjes yn 'e natuerlike omjouwing waarden útfierd op it grûngebiet fan 'e Stonehenge pleats, tichtby Johannesburg (Súd-Afrika).
Ofbylding nr. 1: feroarings yn wynsnelheid oerdeis (А), feroaringen yn wynrjochting oerdeis (В).
Foarriedige mjittingen fan wynsnelheid en wynrjochting binne útfierd. Nachts wie de snelheid it leechst (<0,5 m/s), mar gie tichter by moarnsiten ta, en berikte in deistige pyk (3 m/s) tusken 11:00 en 13:00 oere (sinnehichte ~70°).
De snelheidswearden binne opmerklik om't se de drompel fan 0,15 m / s oerskriuwe dy't nedich binne foar menotaktyske oriïntaasje fan dongkevers. Yn dit gefal falt de peak wynsnelheid op 'e tiid fan' e dei gear mei de peakaktiviteit fan kevers Scarabaeus lamarcki.
De kevers rôlje har proai yn in rjochte line fan it sammelpunt nei in frij grutte ôfstân. Gemiddeld duorret de hiele rûte 6.1 ± 3.8 minuten. Dêrom moatte se yn dizze perioade de rûte sa krekt mooglik folgje.
As wy prate oer wynrjochting, dan yn 'e perioade fan maksimale aktiviteit fan kevers (fan 06:30 oant 18:30), is de gemiddelde feroaring yn wynrjochting yn in tiidperioade fan 6 minuten net mear as 27.0 °.
Troch it kombinearjen fan gegevens oer wynsnelheid en wynrjochting oer de dei, leauwe wittenskippers dat sokke waarsomstannichheden genôch binne foar multimodale navigaasje fan kevers.
Ofbylding #2
It is tiid om te observearjen. Om de mooglike ynfloed fan wyn op 'e romtlike oriïntaasje-eigenskippen fan dongkevers te testen, waard in sirkelfoarmige "arena" makke mei iten yn it sintrum. De kevers wiene frij om de ballen te rôljen dy't se foarme yn elke rjochting fan it sintrum yn 'e oanwêzigens fan in kontroleare, stabile luchtstream mei in snelheid fan 3 m / s. Dizze tests waarden útfierd op heldere dagen doe't sinnehichte troch de dei farieare as folget: ≥75 ° (heech), 45–60 ° (midden), en 15–30 ° (leech).
Feroarings yn luchtstream en sinne posysje kinne feroarje oant 180 ° tusken twa beetle besites (2A). It is ek de muoite wurdich om te beskôgje it feit dat kevers net lije oan skleroaze, en dêrom nei de earste besite se ûnthâlde de rûte dy't se hawwe keazen. Wittende dit, wittenskippers rekken mei feroarings yn de hoeke fan útgong út de arena by de dêrop folgjende yngong fan de kever as ien fan de yndikatoaren fan it sukses fan oriïntaasje.
As sinnehichte ≥75° (hege), wizigingen yn azimuth yn reaksje op in 180° feroaring yn wynrjochting tusken de earste en twadde set waarden om 180° (P <0,001, V-test) klustere mei in gemiddelde feroaring fan 166.9 ± 79.3 ° (2B). Yn dit gefal feroarsake in feroaring yn 'e posysje fan 'e sinne (in spegel waard brûkt) troch 180 ° in subtile reaksje fan 13,7 ± 89,1 ° (ûnderste sirkel op 2B).
Nijsgjirrich is dat de kevers op middelgrutte en lege sinnehichte nettsjinsteande feroarings yn wynrjochting oan har rûtes hâlde - trochsneed hichte: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; lege hichte: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Mar it feroarjen fan de rjochting fan de sinnestrielen mei 180° hie de tsjinoerstelde reaksje, dat is in radikale feroaring yn de rjochting fan de kever syn rûte - gemiddelde hichte: 153,9 ± 83,3°; lege hichte: −162 ± 69,4°; P <0,001 (legere sirkels yn 2A, 2C и 2D).
Faaks wurdt oriïntaasje net beynfloede troch de wyn sels, mar troch geuren. Om dit te testen hat in twadde groep testkevers har distale antennesegminten, dy't ferantwurdlik binne foar har geurgefoel, fuortsmiten. Rûteferoarings yn reaksje op feroaringen fan 180 ° yn wynrjochting dy't troch dizze kevers eksposearre waarden noch signifikant klustere om 180 ° hinne. Mei oare wurden, der is frijwol gjin ferskil yn de oriïntaasjegraad tusken kevers mei en sûnder geursin.
In tuskenkonklúzje is dat dongkevers de sinne en wyn yn har oriïntaasje brûke. Yn dit gefal waard ûnder kontroleare laboratoariumomstannichheden fûn dat it wynkompas dominearret oer it sinnekompas op hege sinnehichte, mar de situaasje begjint te feroarjen as de sinne de hoarizon benaderet.
Dizze observaasje jout oan dat der in dynamysk multimodaal kompassysteem yn plak is, wêrby't de ynteraksje tusken de twa modaliteiten feroaret neffens sintúchlike ynformaasje. Dat is, de kever navigearret op elk momint fan 'e dei, en fertrout op' e meast betroubere boarne fan ynformaasje op dat bepaalde momint (de sinne is leech - de sinne is in referinsje; de sinne is heech - de wyn is in referinsje).
Dêrnei besleaten de wittenskippers te kontrolearjen oft de wyn helpt by it oriïntearjen fan de kevers of net. Foar dit doel waard in arena mei in diameter fan 1 m taret mei iten yn it sintrum. Yn totaal makken de kevers 20 sinne ûndergongen op in hege posysje fan 'e sinne: 10 mei wyn en 10 sûnder wyn (2F).
Lykas ferwachte fergrutte de oanwêzigens fan wyn de krektens fan 'e oriïntaasje fan' e kevers. It wurdt opmurken dat yn iere waarnimmings fan sinne kompas krektens, de feroaring yn azimuth tusken twa opienfolgjende sets wurdt ferdûbele by in hege sinne posysje (> 75 °) yn ferliking mei in legere posysje (<60 °).
Dat, wy realisearre dat de wyn spilet in wichtige rol yn 'e oriïntaasje fan dong kevers, kompensearje foar de unakkuracies fan' e sinne kompas. Mar hoe sammelet in kever ynformaasje oer wynsnelheid en -rjochting? Fansels is it meast foar de hân lizzende ding dat dit bart troch de antennes. Om dit te ferifiearjen, hawwe wittenskippers binnen tests útfierd by in konstante luchtstream (3 m/s) mei de dielname fan twa groepen kevers - mei en sûnder antennes (3A).
Ofbylding #3
It wichtichste kritearium foar oriïntaasje krektens wie de feroaring yn azimut tusken twa oanpakken doe't de luchtstream rjochting feroare troch 180 °.
Feroarings yn 'e bewegingsrjochting fan kevers mei antennes waarden klustere om 180 °, yn tsjinstelling ta kevers sûnder antennes. Derneist wie de gemiddelde absolute feroaring yn azimuth foar kevers sûnder antennes 104,4 ± 36,0 °, wat hiel oars is fan de absolute feroaring foar kevers mei antennes - 141,0 ± 45,0 ° (grafyk yn 3B). Dat is, kevers sûnder antennes koenen net normaal navigearje yn 'e wyn. Se wiene lykwols noch goed oriïntearre troch de sinne.
Op it byld 3A toant in testopstelling om it fermogen fan 'e kevers te testen om ynformaasje fan ferskate sintúchlike modaliteiten te kombinearjen om har rûte oan te passen. Om dit te dwaan, befette de test beide landmarks (wyn + sinne) by de earste oanpak, of mar ien landmark (sinne of wyn) yn 'e twadde. Op dizze wize waarden multimodaliteit en unimodaliteit ferlike.
Observaasjes die bliken dat feroarings yn 'e bewegingsrjochting fan kevers nei de oergong fan in multi- nei in unimodale oriïntaasjepunt konsintrearre wiene om 0°: allinnich wyn: -8,2 ± 64,3°; allinne sinne: 16,5 ± 51,6 ° (grafiken yn it sintrum en rjochts op 3C).
Dit karakteristyk foar oriïntaasje wie net oars fan dat dat waard krigen yn 'e oanwêzigens fan twa (sinne + wyn) landmarks (grafyk links yn 3C).
Dit suggerearret dat, ûnder kontroleare omstannichheden, in kever ien landmark kin brûke as de twadde net genôch ynformaasje leveret, dat is, kompensearje foar de ûnkrektens fan ien landmark mei de twadde.
As jo tinke dat wittenskippers dêr stoppe, dan is dit net sa. Dêrnei wie it nedich om te kontrolearjen hoe goed de kevers ynformaasje opslaan oer ien fan 'e landmarks, en oft se it yn' e takomst brûke as oanfolling. Foar dit doel waarden 4 oanpak útfierd: yn 'e earste wie der 1 landmark (de sinne), yn' e twadde en tredde waard in loftstream tafoege, en yn 'e fjirde wie der allinich in loftstream. Der waard ek in test útfierd wêrby't de landmarks yn omkearde folchoarder stiene: wyn, sinne + wyn, sinne + wyn, sinne.
In tentative teory is dat as kevers ynformaasje oer beide landmarks kinne opslaan yn deselde romtlike ûnthâldregio yn 'e harsens, dan moatte se deselde rjochting hâlde yn' e earste en fjirde besites, d.w.s. feroarings yn bewegingsrjochting moatte klusterje om 0 °.
Ofbylding #4
De sammele gegevens oer de feroaring yn azimuth tidens de earste en fjirde runen befêstige de boppesteande oanname (4A), dy't fierder befêstige waard troch modellering, wêrfan de resultaten binne ôfbylde yn grafyk 4C (links).
As ekstra kontrôle waarden tests útfierd wêrby't de loftstream waard ferfongen troch in ultraviolet plak (4B en 4C rjochts). De resultaten wiene hast identyk mei de sinne- en luchtstreamtests.
Foar in mear detaillearre kunde mei de nuânses fan 'e stúdzje, advisearje ik om te sjen и Oan him.
Epilogue
De kombinaasje fan resultaten fan eksperiminten yn sawol natuerlike as kontroleare omjouwings lieten sjen dat yn dongkevers, fisuele en mechanosensory ynformaasje konvergearje yn in mienskiplik neural netwurk en wurde opslein as in momintopname fan in multimodaal kompas. In fergeliking fan de effektiviteit fan it brûken fan de sinne as de wyn as referinsje liet sjen dat kevers de neiging om de referinsje te brûken dy't har mear ynformaasje levere. De twadde wurdt brûkt as in reserve of komplementêr.
Dit kin lykje as in hiel gewoan ding foar ús, mar ferjit net dat ús harsens is folle grutter as dat fan in lytse bug. Mar, sa't wy leard hawwe, binne sels de lytste wêzens by steat ta komplekse mentale prosessen, want yn it wyld hinget jo oerlibjen ôf fan krêft of yntelliginsje, en meastentiids fan in kombinaasje fan beide.
Freed off-top:
Sels kevers fjochtsje oer proai. En it makket neat út dat de proai in dongbal is.
(BBC Earth, David Attenborough)
Betanke foar it lêzen, bliuw nijsgjirrich en hawwe in geweldich wykein jonges! 🙂
Tankewol foar it bliuwen by ús. Hâld jo fan ús artikels? Wolle jo mear ynteressante ynhâld sjen? Stypje ús troch in bestelling te pleatsen of oan te befeljen oan freonen, 30% koarting foar Habr-brûkers op in unike analoog fan servers op yngongsnivo, dy't troch ús foar jo útfûn is: (beskikber mei RAID1 en RAID10, oant 24 kearnen en oant 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kear goedkeaper? Allinne hjir yn Nederlân! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fan $99! Lêze oer
Boarne: www.habr.com