Vannak kérdések, amelyeket feltettünk, vagy megpróbáltunk rájuk válaszolni: miért kék az ég, hány csillag van az égen, ki az erősebb - a fehér cápás vagy a gyilkos bálna stb. És vannak kérdések is, amelyeket nem tettünk fel, de a válasz ettől még nem válik unalmassá. Ilyen kérdés például az, hogy mit kutattak a Lund-i (Svédország), Witwatersrand-i (Dél-Afrika), Stockholm-i (Svédország) és Würzburg-i (Németország) egyetemek tudósai közösen? Valószínűleg valami nagyon fontosat, nagyon bonyolultat és hihetetlenül hasznosat. Nos, erről nehéz egyértelműen nyilatkozni, de biztosan nagyon érdekes - nevezetesen, hogy a trágya bogarak hogyan tájékozódnak a térben. Első pillantásra minden triviálisnak tűnik, de a világunk tele van olyan dolgokkal, amelyek nem olyan egyszerűek, mint ahogy tűnnek, és a trágya bogarak ezt bizonyítják. Tehát mi olyan egyedi a trágya bogár navigációs rendszerében, hogyan ellenőrizték ezt a tudósok, és mit keres itt a verseny? Ezekre és más kérdésekre választ találunk a kutatócsoport jelentésében. Induljunk!
Főszereplő
Elsősorban ismerkedjünk meg a kutatás főszereplőjével. Ő erős, szorgalmas, kitartó, szép és gondoskodó. Ő egy trágya bogár a skarabeidae családból.
A trágya bogarak nem túl vonzó nevüket gasztronómiai preferenciáik miatt kapták. Egyrészt ez kicsit undorító, de a trágya bogár számára kiváló tápanyagforrás, aminek köszönhetően a legtöbb faj ebből a családból más táplálékforrásra és még vízre sincs szüksége. Az egyetlen kivétel a Deltochilum valgum faj, amelynek képviselői a százlábúakkal szeretik kényeztetni magukat.
A trágya bogarak elterjedtségéért a legtöbb más élőlény irigykedhet, hiszen minden kontinensen megtalálhatóak, kivéve Antarktist. Elterjedési területük változik a hűvös erdőktől a forró sivatagokig. Nyilvánvaló, hogy a trágya bogarak nagyobb számban találhatóak azon állatok élőhelyein, amelyek a táplálékuk legyártásának "gyárai". A trágya bogarak előnyben részesítik az élelem jövőbeli felhalmozását.
Egy rövid videó a trágya bogarakról és életmódjuk nehézségeiről (BBC, David Attenborough).
A különböző bogárfajok saját viselkedési alkalmazkodási sajátosságokkal rendelkeznek. Néhányan trágya gömböket formál, amelyeket elgörgetnek a gyűjtési helytől, és elásnak az üregükbe. Mások alagutakat ásnak a föld alatt, amelyeket táplálékkal töltenek meg. És vannak olyan harmadik típusú bogarak, akik ismerik a prófétát és a bajt, egyszerűen csak trágya kupacokban élnek.
A táplálék készletek fontosak a bogarak számára, de nem annyira az önfenntartás miatt, hanem a jövőbeli utódok iránti gondoskodás okán. Az a helyzet, hogy a pisztráng bogarak lárvái abban élnek, amit a szülőjük korábban gyűjtött. Minél több trágya, azaz táplálék a lárvák számára, annál nagyobb valószínűséggel maradnak életben.
Ráakadtam egy ilyen megfogalmazásra az információgyűjtés során, és valahogy nem hangzik túl jól, különösen az utolsó része:…A hímek a nőstényekért küzdenek, a lábukkal a alagút falához támaszkodva, és szarvszerű kinövéseikkel tologatják ellenfelüket… Néhány hím nem rendelkezik szarvakkal, ezért nem lépnek harcba, de nagyobb ivari mirigyeik vannak, és őrzik a nőstényt a szomszédos alagútban…
Nos, térjünk át a líráról magára a kutatásra.
Ahogyan már korábban említettem, néhány pisztráng bogárfaj gömböket formál, és egyenes vonalban gördíti őket, figyelmen kívül hagyva az útvonal minőségét és nehézségét, a tároló üreg felé. Ezt a viselkedést ismerjük a legjobban a számos dokumentumfilmnek köszönhetően. Arról is tudunk, hogy a fizikai erejük (néhány faj akár az önsúlyuk ezerszeresét is felemelheti), az étkezési preferenciáik és az utódokra való gondoskodás mellett, a pisztráng bogarak kiválóan tájékozódnak a térben. Sőt, ők az egyetlen rovarok, akik éjszaka a csillagok alapján tudnak tájékozódni.
Dél-Afrikában (a megfigyelések helyszínén) a pisztráng bogár, miután megtalálta a 'zsákmányt', gömböt formál, és elkezdi gördíteni egyenes vonalban véletlenszerű irányban, a fontos távolságban a konkurensektől, akik nem haboznak elvenni tőle a szerzett táplálékot. Tehát, hogy a menekülés hatékony legyen, folyamatosan ugyanabba az irányba kell haladni, nem letérve az útról.
A nap a fő támpont, amint már tudjuk, de nem a legmegbízhatóbb. A nap magassága a nap folyamán változik, ami csökkenti a tájékozódás pontosságát. Miért nem kezdenek akkor a bogarak köröket futni, összezavarodni az irányban és térképet nézni minden 2 percben? Logikusan feltételezhetjük, hogy a nap nem az egyetlen információforrás a térben való tájékozódáshoz. Itt a tudósok feltételezték, hogy a bogarak számára a második támpontként a szél, pontosabban annak iránya szolgál. Ez nem egyedi jellemző, mivel a hangyák és még a csótányok is képesek a szél segítségével navigálni.
A munkájukban a tudósok azt kívánták megvizsgálni, hogyan használják a trója bogarak ezt a multimodális érzékelő információt, amikor preferálják a napra tájékozódást, és amikor a szél irányára, valamint hogy használják-e mindkét lehetőséget egyidejűleg. Megfigyeléseket és méréseket végeztek a vizsgálati alanyok természetes élőhelyén, valamint kontrollált laboratóriumi körülmények között.
A kutatás eredményei
A kutatásban a fő alany szerepét a Scarabaeus lamarckibogár játszotta, a megfigyelések természetes környezetben a 'Stonehenge' farm területén zajlottak, Johannesburg közelében (Dél-Afrikában).
1. ábra: a szél sebességének változása a nap folyamán (A), a szél irányának változása a nap folyamán (A).
Előzetes méréseket végeztek a szél sebességéről és irányáról. Éjszaka a sebesség a legalacsonyabb volt (<0,5 m/s), de napfelkeltéhez közeledve emelkedett, elérve a napi csúcsot (3 m/s) 11:00 és 13:00 között (nap magassága ∼70°).
A sebességértékek figyelemre méltóak, mivel meghaladják a 0,15 m/s-os küszöböt, amely szükséges a trója bogarak menotaktikai tájékozódásához. Eközben a szél sebességének csúcsidőpontja egybeesik a bogarak aktivitásának csúcsával. Scarabaeus lamarcki.
A bogarak közvetlen vonalban gurítják a zsákmányukat a gyűjtési helyről, elegendő távolságra. Átlagosan 6,1 ± 3,8 percet vesz igénybe az egész út. Következésképpen ezen az időtartamon belül a lehető legpontosabban kell követniük az útvonalat.
A szél irányáról beszélve, a bogarak maximális aktivitásának időszakában (06:30 és 18:30 között) a szél irányának átlagos változása egy 6 perces időintervallum alatt nem haladja meg a 27,0°-ot.
A nap folyamán a szél sebességének és irányának adatainak összevonásával a tudósok úgy vélik, hogy az ilyen időjárási körülmények elegendőek a bogarak multimodális tájékozódásához.
2. kép
Elérkezett az idő a megfigyelésekre. Annak ellenőrzésére, hogy a szél hogyan befolyásolja a trágyagiliszták térbeli tájékozódási jellemzőit, egy kör alakú 'arénát' alakítottak ki, amelynek közepén táplálék volt. A bogarak szabadon gördíthették a formált golyóikat bármilyen irányba a középből egy kontrollált, 3 m/s sebességű stabil légáramlat jelenlétében. Ezeket a teszteket derült napokon végezték, amikor a nap magassága a következő módon változott a nap folyamán: ≥75° (magas), 45–60° (közepes) és 15–30° (alacsony).
A légáramlatok és a nap helyzete 180°-os változáson mehetnek keresztül a bogár két megérkezése között (2A). Érdemes figyelembe venni, hogy a bogarak nem szenvednek szklerózistól, ezért az első megérkezés után emlékeznek a választott útvonalukra. Ezt figyelembe véve a tudósok a következő megérkezés során az arénából való kilépés szögének változását a sikeres tájékozódás mutatószámának tekintik.
Amikor a nap magassága ≥75° (magas), az azimutszög változásai a szél irányának 180°-os megváltozása során az első és második megérkezés között 180° körüli értékekbe csoportosultak (P <0,001, V-teszt), átlagos 166,9 ± 79,3°-os változással (2B). Ezenfelül a nap helyzetének 180°-os változása (tükröt használtak) alig észlelhető reakciót váltott ki, 13,7 ± 89,1°-al (alsó körön 2B).
Érdekes módon, közepes és alacsony napmagasság esetén a bogarak a légáramlatok irányának változása ellenére is ragaszkodtak útvonalaikhoz – közepes magasság: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; alacsony magasság: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C és 2D). De a napfény irányának 180°-os változása ellentétes reakcióval járt, vagyis radikálisan megváltoztatta a bogarak útvonalát – közepes magasság: 153,9 ± 83,3°; alacsony magasság: −162 ± 69,4°; P <0,001 (alsó körökön 2A, 2C és 2D).
Lehetséges, hogy a tájékozódást nem maga a szél, hanem a szagok befolyásolják. Ennek ellenőrzésére a második tesztcsoportban a bogarak táplálkozásért felelős távoli csápjait eltávolították. Azok a 180°-os irányváltozásra adott útvonalváltozások, amelyeket ezek a bogarak mutattak, továbbra is jelentősen 180° körüli csoportosulásban voltak. Más szavakkal, a tájékozódás mértékében a szaglással rendelkező és a nélkülöző bogarak között gyakorlatilag nincs különbség.
A közbenső eredmény az, hogy a trágyát fogyasztó bogarak a tájékozódásukban a napot és a szelet használják. Ugyanakkor kontrollált laboratóriumi körülmények között megállapították, hogy a szélkompasz dominál a napkompasszal szemben a nap magas állásakor, de a helyzet elkezd megváltozni, amikor a nap a horizont felé közelít.
Ez a megfigyelés arra utal, hogy egy dinamikus multimodális kompaszrendszer működik, amelyben a két módus kölcsönhatása a szenzoros információk szerint változik. Vagyis a bogár bármikor a nap folyamán a legmegbízhatóbb információforrásra támaszkodik a konkrét pillanatban (alacsony nap — tájékozódás a nap alapján; magas nap — tájékozódás a szél alapján).
A tudósok ezután azt akarták ellenőrizni, hogy a szél segíti-e a bogarak tájékozódását vagy sem. Ehhez egy 1 méter átmérőjű arénát készítettek, középen étellel. A bogarak összesen 20 próbálkozást hajtottak végre a nap magas helyzeténél: 10 a széllel és 10 szél nélkül (2F).
Ahogy vártuk, a szél jelenléte növelte a bogarak tájékozódásának pontosságát. Megfigyelték, hogy a napkompasz pontosságának korai megfigyelésekor az azimut változása a két egymást követő próbálkozás során kétszerese az alacsony napállás ( 75°).
Tehát megértettük, hogy a szél fontos szerepet játszik a trágyát fogyasztó bogarak tájékozódásában, kompenzálva a napkompasz pontatlanságait. De hogyan gyűjt a bogár információt a szél sebességéről és irányáról? Nyilvánvaló, hogy ez a csápok segítségével történik. Annak érdekében, hogy megbizonyosodjanak erről, a tudósok teszteket végeztek egy folyamatos levegőáramlással (3 m/s) egy zárt térben, két csoport bogárral — csápokkal és anélkül (3A).
3. ábra
A tájékozódás pontosságának fő kritériuma az azimut változása volt a két próbálkozás között, amikor a levegőáram irányát 180°-kal megváltoztatták.
A csápokkal rendelkező bogarak mozgásának irányváltozása körülbelül 180°-ra csoportosult, szemben a csápok nélküli bogarakéval. Ezen kívül, a csápok nélküli bogaraknál az abszolút azimut változása 104,4 ± 36,0° volt, ami jelentősen eltér a csápokkal rendelkező bogarak 141,0 ± 45,0°-tól (ábra a 3B). Tehát a csáp nélküli bogarak nem tudtak megfelelően tájékozódni a szél segítségével. Azonban a napfény segítségével még mindig jól tudtak tájékozódni.
A képen 3A a bogarak képességének tesztelésére szolgáló beállítást mutatja be, amely képes kombinálni az információkat különböző érzékszervi modalitásokból az útvonaluk pontosítása érdekében. Ehhez a teszt során mindkét tájékozódási pont (szél + nap) jelen volt az első próbálkozás során, míg a második során vagy csak egy tájékozódási pont (nap vagy szél) volt. Így összehasonlították a multimodalitást és az unimodalitást.
A megfigyelések azt mutatták, hogy a bogarak mozgásának irányváltoztatása a multimodálisról unimodális tájékozódásra való áttérés után a 0° körül összpontosult: csak szél: -8,2 ± 64,3°; csak nap: 16,5 ± 51,6° (diagramok középen és jobbra a 3C).
Ez a tájékozódási jellemző nem különbözik attól, amelyet két (nap + szél) tájékozódási ponttal nyertek (diagram balra a 3C).
Ez arra utal, hogy ellenőrzött körülmények között a bogarakkal létező egyetlen tájékozódási pontot felhasználhatnak, ha a második nem szolgáltat elegendő információt, azaz kompensálni tudják az egyik tájékozódási pont pontatlanságát a másikkal.
Ha azt gondolja, hogy a tudósok itt megálltak, akkor téved. Továbbá azt kellett tesztelni, hogy a bogarak mennyire jól tárolják az egyes tájékozódási pontokkal kapcsolatos információkat, és hogy később ezt kiegészítésként használják-e. Ehhez négy próbálkozást végeztek: az elsőben egy tájékozódási pont (nap) volt, a második és harmadik alkalommal bekerült a légáramlat, míg a negyediken csak a légáramlat volt. Továbbá készült egy teszt, ahol a tájékozódási pontok visszafelé voltak: szél, nap+szél, nap+szél, nap.
Az előzetes elmélet szerint, ha a bogarak képesek tárolni az információkat mindkét tájékozódási pontról ugyanabban az agyi térbeli memóriaterületen, akkor az első és negyedik próbálkozás során ugyanazt az irányt kellene megtartaniuk, azaz a mozgás irányának változásainak a 0° körül kellene csoportosulnia.
4. számú kép
A begyűjtött adatok az irányváltozásról az első és negyedik próbálkozás során megerősítettek a fenti feltételezést (4A), amelyet továbbá modellezéssel is alátámasztottak, a modell eredményei a 4C grafikonon láthatóak (balra).
Kiegészítő ellenőrzésként teszteket hajtottunk végre, ahol a légáramot UV-fényfolt helyettesítette (4B és 4C jobbra). Az eredmények gyakorlatilag megegyeztek a napfényes és légáramos tesztek eredményeivel.
A kutatás részleteivel való alaposabb megismerkedéshez javaslom, hogy nézze meg a és hozzá.
Epilógus
A kísérletek összesített eredményei, mind természetes környezetben, mind kontrollált körülmények között, azt mutatták, hogy a trágyán élő bogarak esetében a vizuális és mechanoszenzoros információk egy közös ideghálóban egyesülnek, és multimodális iránytűként tárolódnak. A napfény vagy a szél mint támpont hatékonyságának összehasonlítása azt mutatta, hogy a bogarak általában azt az irányt preferálják, amely több információt kínál számukra, míg a másikat tartalék vagy kiegészítő irányként használják.
Ez talán elég hétköznapinak tűnik számunkra, de ne felejtsük el, hogy a mi agyunk sokkal nagyobb, mint a kis bogaraké. De ahogy megértettük, még a legkisebb lények is képesek bonyolult mentális folyamatokra, hiszen a vadonban a túlélésed vagy az erődtől, vagy az eszedtől függ, gyakran mindkettő kombinációjától.
Pénteki off-topic:
Még a bogarak is harcba szállnak a zsákmányért. És nem számít, hogy a zsákmány egy trágyagolyó.
(BBC Earth, David Attenborough)
Köszönöm a figyelmet, legyenek kíváncsiak, és remek hétvégét kívánok mindenkinek! 🙂
Köszönjük, hogy velünk maradnak. Tetszenek Önöknek a cikkeink? Szeretnének több érdekes anyagot látni? Támogassanak minket rendelés leadásával vagy ismerősöknek való ajánlással. 30% kedvezmény a Habr felhasználóinak az egyedülálló entry-level szervereinkre, amelyet Önöknek találtunk ki: (elérhetők RAID1 és RAID10 opciók, akár 24 magig és 40GB DDR4-ig).
Dell R730xd két alkalommal olcsóbban? Csak nálunk Hollandiában! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — 99 dollártól! Olvasd el ezt
Forrás: habr.com
