Postoje pitanja na koja smo se pitali ili pokušali odgovoriti: zašto je nebo plavo, koliko zvijezda ima na nebu, tko je jači - bijela psina ili orka itd. A postoje i pitanja koja nismo postavljali, ali odgovori na njih nisu manje zanimljivi. Jedno od takvih pitanja je - što su to važno odlučili istražiti znanstvenici sa Sveučilišta u Lundu (Švedska), Sveučilišta Witwatersrand (Južnoafrička Republika), Sveučilišta u Stockholmu (Švedska) i Sveučilišta u Würzburgu (Njemačka) zajedno? Vjerojatno se radi o nečemu veoma važnom, vrlo složenom i nevjerojatno korisnom. Pa, o tome je teško jednoznačno reći, ali to je zasigurno prilično zanimljivo, a to je - kako se bube gnojivci orijentiraju u prostoru. Na prvi pogled sve ovo izgleda trivijalno, ali naš svijet je pun stvari koje nisu tako jednostavne kao što se čine, a bube gnojivci su tome dokaz. Dakle, što je to jedinstveno u navigacijskom sustavu gnojivca, kako su znanstvenici to provjerili i kakve to veze ima s konkurencijom? Na ta i druga pitanja pronaći ćemo odgovore u izvještaju istraživačke grupe. Krenimo.
Glavni junak
Prvo se trebamo upoznati s glavnim junakom ovog istraživanja. On je snažan, radan, uporan, lijep i brižan. On je buba gnojivac iz superfamilije skarabeida.
Bube gnojivci su dobile svoje ne baš privlačno ime zbog svojih prehrambenih preferencija. S jedne strane, to je malo odvratno, ali za bubu gnojivca to je odličan izvor hranjivih tvari, zbog čega većina vrsta ove porodice ne treba druge izvore hrane pa ni vode. Jedino iznimka je vrsta Deltochilum valgum, čiji pripadnici vole uživati u stonogama.
Većina drugih živih bića mogla bi zavidjeti rasprostranjenosti buba gnojivaca, jer obitavaju na svim kontinentima osim Antarktike. Njihovo stanište varira od hladnih šuma do vrućih pustinja. Očigledno je da se velike skupine buba gnojivaca lakše mogu sresti na mjestima gdje žive životinje koje su "tvornice" za proizvodnju njihove hrane. Bube gnojivci preferiraju skupljati hranu za budućnost.
Kratak video o bubama gnojivcima i složenostima njihova načina života (BBC, David Attenborough).
Različite vrste žohara imaju svoje specifične prilagodbe ponašanja. Neki formiraju lopte od izmetom, koje kotrljaju od mjesta prikupljanja i zakopavaju u rupu. Drugi kopaju tunele pod zemljom, ispunjavajući ih hranom. A treći, poznajući izreku o Muhamedu i brdu, jednostavno žive u hrpama izmeta.
Zalihe hrane su važne za žohara, ali ne toliko zbog samoodrživosti, koliko zbog brige o budućem potomstvu. Naime, ličinke žohara žive u onome što je njihov roditelj ranije prikupio. Što više izmeta, tj. hrane za ličinke, to je veća vjerojatnost da će preživjeti.
Naišao sam na ovakvu formulaciju tijekom prikupljanja informacija, a zvuči nekako neodređeno, posebno posljednji dio:…Mužjaci se bore za ženke, oslanjajući se nogama na zidove tunela, a rogastim izrastima udarajući protivnika… Neki mužjaci nemaju rogove i zbog toga se ne upuštaju u borbu, ali imaju veće spolne žlijezde i vrebaju ženku u susjednom tunelu…
Pa, od lirike prelazimo izravno na istraživanje.
Kao što sam već spomenuo, neke vrste žohara formiraju lopte i kotrljaju ih ravnom linijom, ne obazirući se na kvalitetu i složenost izabranog puta, u rupu za skladištenje. Upravo s ovim ponašanjem žohara najbolje smo upoznati zahvaljujući brojnim dokumentarnim filmovima. Također znamo da, osim snage (neke vrste mogu podići težinu 1000 puta veću od vlastite), gastronomskih preferencija i brige o potomstvu, žohari se izvrsno snalaze u prostoru. Štoviše, oni su jedine insekte koje mogu orijentirati noću prema zvijezdama.
U Južnoj Africi (mjesto promatranja) žohar, pronašavši „plijen“, formira loptu i počinje je kotrljati ravnom linijom u slučajnom smjeru, važno je daleko od konkurenata koji se neće ustručavati oduzeti mu pribavljenu hranu. Stoga, kako bi bijeg bio učinkovit, potrebno je neprekidno se kretati u istom smjeru, ne skrećući s puta.
Sunce je glavni orijentir, kao što već znamo, ali nije najpouzdaniji. Visina sunca se mijenja tijekom dana, što smanjuje točnost orijentacije. Zašto se bube ne kreću u krug, ne zbunjuju se u smjeru i ne provjeravaju kartu svake 2 minute? Logično je pretpostaviti da sunce nije jedini izvor informacija za orijentaciju u prostoru. I tu su znanstvenici pretpostavili da je drugi orijentir za bube vjetar, točnije njegov smjer. Ovo nije jedinstvena osobina, jer mravi, pa čak i žohari, mogu iskoristiti vjetar za pronalaženje puta.
U svom istraživanju znanstvenici su odlučili provjeriti kako bube gnojivice koriste ovu multimodalnu senzorničku informaciju, kada preferiraju orijentaciju prema suncu, a kada prema smjeru vjetra, i koriste li oba načina istovremeno. Provedena su opažanja i mjerenja u prirodnom staništu ispitanika, kao i u kontroliranim laboratorijskim uvjetima.
Rezultati istraživanja
U ovom istraživanju glavni ispitanik bio je kukac vrste Scarabaeus lamarcki, a opažanja u prirodnom staništu provedena su na farmi „Stonehenge“, nedaleko od Johannesburga (JAR).
Slika br. 1: promjene brzine vjetra tijekom dana (A), promjene smjera vjetra tijekom dana (U).
Provedena su preliminarna mjerenja brzine i smjera vjetra. Tijekom noći brzina je bila najniža (<0,5 m/s), ali je blizu zore rasla, dosegnuvši dnevni vrhunac (3 m/s) u razdoblju od 11:00 do 13:00 (visina sunca ∼70°).
Indeksi brzine su zanimljivi jer premašuju prag od 0,15 m/s, potreban za menotaktičku orijentaciju gnojivih buba. U tom trenutku, vrhunac brzine vjetra vremenski se poklapa s vrhunskom aktivnošću buba. Scarabaeus lamarcki.
Bube kotrljaju svoj plijen u pravoj liniji od mjesta prikupljanja na prilično velikoj udaljenosti. U prosjeku cijeli put traje 6.1 ± 3.8 minuta. Stoga, tijekom ovog vremenskog intervala, moraju se pridržavati rute što preciznije.
Kada govorimo o smjeru vjetra, u razdoblju maksimalne aktivnosti buba (od 06:30 do 18:30) prosječna promjena smjera vjetra tijekom vremenskog intervala od 6 minuta iznosi ne više od 27,0°.
Kombinirajući podatke o brzini i smjeru vjetra tijekom dana, znanstvenici smatraju da su takvi vremenski uvjeti dovoljni za multimodalno orijentiranje buba.
Slika br. 2
Došlo je vrijeme za opažanja. Kako bi se provjerio mogući utjecaj vjetra na karakteristike orijentacije gnjecavih buba u prostoru, stvorena je okrugla „arena“, u središtu koje se nalazila hrana. Bube su mogle slobodno kotrljati kuglice koje su oblikovale u bilo kojem smjeru od središta uz prisustvo kontroliranog stabilnog zračnog toka brzinom od 3 m/s. Ovi testovi su provedeni u sunčanim danima, kada je visina sunca varirala tijekom dana na sljedeći način: ≥75° (visoka), 45–60° (srednja) i 15–30° (niska).
Promjene u zračnom toku i položaju sunca mogu se mijenjati za 180° između dva prolaza bube (2A). Treba uzeti u obzir i činjenicu da bube nisu sklone sklerozama, te nakon prvog prolaza pamte odabranu rutu. Znajući to, znanstvenici smatraju promjene u kutu izlaska iz arene tijekom sljedećeg prolaza bube jednim od pokazatelja uspješnosti orijentiranja.
Pri visini sunca ≥75° (visoka) promjene azimuta u odgovoru na promjenu smjera vjetra za 180° između prvog i drugog prolaza grupirane su oko 180° (P <0,001, V-test) sa srednjom promjenom od 166,9 ± 79,3° (2B). U tom slučaju, promjena položaja sunca (korišteno je ogledalo) na 180° izazvala je slabu reakciju od 13,7 ± 89,1° (donji krug na 2B).
). Zanimljivo je da su pri srednjoj i niskoj visini sunca bube zadržavale svoje rute, unatoč promjenama smjera vjetra — prosječna visina: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; niska visina: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C i 2D). Međutim, promjene smjera sunčevih zraka za 180° imale su suprotnu reakciju, što znači radikalnu promjenu smjera bube — prosječna visina: 153,9 ± 83,3°; niska visina: −162 ± 69,4°; P <0,001 (donji krugovi na 2A, 2C i 2D).
Moguće je da na orijentaciju ne utječe sam vjetar, već mirisi. Kako bi se to provjerilo, drugoj grupi ispitanih buba uklonjeni su distalne segmenti antena, odgovorni za miris. Promjene rute u odgovoru na promjenu smjera vjetra na 180°, koje su pokazale ove bube, još uvijek su bile značajno grupirane oko 180°. Drugim riječima, razlika u stupnju orijentacije između buba s i bez mirisnog osjeta zapravo ne postoji.
Međutim, zaključeno je da stonoge koriste sunce i vjetar kao smjernice. U kontroliranim laboratorijskim uvjetima utvrđeno je da vjetrovni kompas prevladava nad sunčevim, posebno na većim visinama, no situacija se mijenja kada sunce počne zalaziti.
Ova opažanja ukazuju na to da postoji dinamički multimodalni kompasni sustav, u kojem interakcija dviju modaliteta varira u skladu s senzornim informacijama. Drugim riječima, kukac se orijentira tijekom dana, oslanjajući se na najsigurniji izvor informacija u tom konkretnom trenutku (sunce nisko — koristi sunce kao orijentir; sunce visoko — koristi vjetar kao orijentir).
Dalje, znanstvenici su odlučili ispitati pomaže li vjetar u orijentaciji kukaca ili ne. Za to je pripremljena arena promjera 1 m s hranom u središtu. Kukci su obavili ukupno 20 pokušaja pri visokom položaju sunca: 10 s vjetrom i 10 bez vjetra (2F).
Kao što se očekivalo, prisutnost vjetra povećala je točnost orijentacije kukaca. Utvrđeno je da se u ranijim opažanjima točnosti sunčevog kompasa promjena azimuta između dva uzastopna pokušaja povećava dvostruko pri visokom položaju sunca (> 75°) u usporedbi s nižim položajem (<60°).
Dakle, razumijemo da vjetar igra važnu ulogu u orijentaciji stonoga, kompenzirajući nesigurnosti sunčevog kompasa. Kako kukac prikuplja informacije o brzini i smjeru vjetra? Naravno, najjasnije je da se to događa preko antena. Da bi to potvrdili, znanstvenici su izveli testove u zatvorenom s konstantnim protokom zraka (3 m/s) s dvije skupine kukaca — s antenama i bez njih (3A).
Slika br. 3
Kao glavni kriterij točnosti orijentacije poslužila je promjena azimuta između dva pokušaja pri promjeni smjera protoka zraka za 180°.
Promjena smjera kretanja kukaca s antenama grupirana je oko 180°, za razliku od kukaca bez antena. Osim toga, prosječna apsolutna promjena azimuta kod kukaca bez antena iznosila je 104,4 ± 36,0°, što se značajno razlikuje od apsolutne promjene kod kukaca s antenama — 141,0 ± 45,0° (grafikon na 3B). To jest, kukci bez antena nisu mogli pravilno orijentirati se prema vjetru. Međutim, još uvijek su se dobro orijentirali prema suncu.
Na slici 3A Prikazana je instalacija testa za provjeru sposobnosti kukaca da kombiniraju informacije iz različitih senzorskih modaliteta kako bi prilagodili svoj put. Za to su u testu prisutna oba orijentira (vjetar + sunce) tijekom prvog prolaska ili samo jedan orijentir (sunce ili vjetar) tijekom drugog. Tako su uspoređivane multimodalnost i unimodalnost.
Observacije su pokazale da su promjene u smjeru kretanja kukaca nakon prijelaza s multi- na unimodalni orijentir bile koncentrirane oko 0°: samo vjetar: −8,2 ± 64,3°; samo sunce: 16,5 ± 51,6° (grafikoni u sredini i desno na 3C).
Ova karakteristika orijentacije nije se razlikovala od one koja je dobivena u prisutnosti dva (sunce + vjetar) orijentira (grafikon lijevo na 3C).
To implicira da u kontroliranim uvjetima kukac može koristiti jedan orijentir ako drugi ne pruža dovoljne informacije, tj. kompenzirati netočnost jednog orijentira drugim.
Ako mislite da su znanstvenici ovdje stali, niste u pravu. Zatim je trebalo provjeriti koliko dobro kukci pamte informacije o jednom od orijentira i koriste li ih u budućnosti kao dodatak. Za to su provedena 4 prolaza: u prvom je bio 1 orijentir (sunce), u drugom i trećem je dodan zračni potok, a tijekom četvrtog je bio samo zračni potok. Također je proveden test gdje su orijentiri bili u obrnutom redoslijedu: vjetar, sunce+vjetar, sunce+vjetar, sunce.
Preliminarna teorija sugerira da, ako kukci mogu pohraniti informacije o oba orijentira u istom području prostorne memorije u mozgu, trebali bi zadržati isti smjer u prvom i četvrtom prolazu, tj. promjene u smjeru kretanja trebale bi se grupirati oko 0°.
Slika br. 4
Prikupljeni podaci o promjeni azimuta tijekom prvog i četvrtog prolaza potvrdili su gore opisanu hipotezu (4A), koja je dodatno potvrđena i modeliranjem, čiji su rezultati prikazani na grafu 4C (lijevo).
Kao dodatna provjera provedeni su testovi gdje je zrak zamijenjen točkom ultraljubičastog svjetla (4B i 4C desno). Rezultati su bili gotovo identični rezultatima testova s primjenom sunca i zračnog toka.
Za detaljnije upoznavanje s nijansama istraživanja preporučujem da zavirite u i za njega.
Epilog
Skup rezultata eksperimenata u prirodnom i kontroliranom okruženju pokazao je da se vizualne i mehanosenzorne informacije kod žohara spajaju u zajedničkoj neuronskoj mreži i čuvaju u obliku snimka multimodalnog kompasa. Usporedba učinkovitosti korištenja sunca ili vjetra kao orijentira pokazala je da žohari više koriste onaj orijentir koji im pruža više informacija. Drugi se koristi kao rezervni ili dopunski.
To može izgledati kao prilično uobičajena stvar za nas, ali ne smijemo zaboraviti da je naš mozak također mnogo veći od onog kod malog kukca. No, kako smo razumjeli, čak i najmanja bića sposobna su za složene mentalne procese, jer u prirodi vaše preživljavanje ovisi ili o snazi ili o umu, a često od kombinacije oboje.
Petak Off-Topic:
Žohari se bore i za plijen. I nije važno što je plijen komadić izmeta.
(BBC Earth, David Attenborough)
Hvala na pažnji, ostanite znatiželjni i želim svima odličan vikend, prijatelji! 🙂
Hvala što ste s nama. Sviđa li vam se naš sadržaj? Želite li vidjeti više zanimljivih materijala? Podržite nas naručivanjem ili preporučite prijateljima. 30% popusta za korisnike Habr-a na jedinstveni analog entry-level servera, koji smo stvorili za vas: (dostupne opcije s RAID1 i RAID10, do 24 jezgre i do 40GB DDR4).
Dell R730xd za pola cijene? Samo kod nas u Nizozemskoj! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — od 99 $! Pročitajte o tome
Izvor: habr.com
