Ci sono domande a cui abbiamo cercato di rispondere: perché il cielo è blu, quante stelle ci sono nel firmamento, chi è più forte - lo squale bianco o l'orca, e così via. E poi ci sono domande che non abbiamo posto, ma che non diventano per questo meno interessanti. A queste domande appartiene la seguente: che cosa hanno deciso di studiare gli scienziati delle università di Lund (Svezia), Witwatersrand (Sudafrica), Stoccolma (Svezia) e Würzburg (Germania) insieme? Probabilmente è qualcosa di molto importante, complesso e incredibilmente utile. Ebbene, è difficile dirlo con certezza, ma è sicuramente molto affascinante, in particolare: come si orientano nello spazio i scarabei stercorari. A prima vista, tutto ciò può sembrare banale, ma il nostro mondo è pieno di cose che non sono così semplici come sembrano, e i scarabei stercorari ne sono una conferma. Quindi, cosa c'è di così unico nel sistema di navigazione del scarabeo stercorario, come gli scienziati lo hanno verificato e che ruolo ha la competizione in tutto questo? Trovaremo risposte a queste e altre domande nel rapporto del gruppo di ricerca. Iniziamo.
Il protagonista
Prima di tutto, è opportuno conoscere il protagonista di questo studio. È forte, laborioso, determinato, bello e premuroso. È uno scarabeo stercorario della superfamiglia degli scarabeidi.
I scarabei stercorari hanno ricevuto il loro nome poco attraente a causa delle loro preferenze gastronomiche. Da un lato, può sembrare un po' disgustoso, ma per lo scarabeo stercorario è un'ottima fonte di nutrienti, motivo per cui la maggior parte delle specie di questa famiglia non ha bisogno di altre fonti di cibo e nemmeno di acqua. L'unica eccezione è la specie Deltochilum valgum, i cui membri amano gustarsi le millepiedi.
La diffusione dei scarabei stercorari può essere invidiata dalla maggior parte degli altri esseri viventi, poiché vivono in tutti i continenti tranne l'Antartide. L'areale di distribuzione varia dalle foreste fresche ai deserti roventi. È ovvio che un grande numero di scarabei stercorari si incontra più facilmente nei luoghi dove abitano animali che fungono da "fabbriche" per la produzione del loro cibo. I scarabei stercorari preferiscono accumulare cibo per il futuro.
Un breve video sui scarabei stercorari e le difficoltà del loro modo di vivere (BBC, David Attenborough).
Diverse specie di scarabei hanno le loro peculiari caratteristiche comportamentali. Alcuni formano palle di letame che rotolano via dal luogo di raccolta e le seppelliscono nella loro tana. Altri scavano gallerie nel terreno, riempiendole di cibo. E altri, che conoscono il detto su Maometto e la montagna, semplicemente vivono in mucchi di letame.
Le riserve di cibo sono importanti per il scarabeo, ma non tanto per motivi di auto-conservazione quanto per prendersi cura della prole futura. Infatti, le larve degli scarabei stercorari vivono di ciò che i loro genitori hanno raccolto in precedenza. Maggiore è la quantità di letame, cioè di cibo per le larve, maggiore è la probabilità che esse sopravvivano.
Mi sono imbattuto in questa formulazione mentre raccoglievo informazioni, e suona un po' strana, soprattutto l'ultima parte:…I maschi lottano per le femmine, spingendo con le zampe le pareti della galleria, mentre con le protuberanze cornee spingono il rivale… Alcuni maschi non hanno corna e quindi non si impegnano in combattimenti, ma possiedono ghiandole sessuali più grandi e controllano le femmine in una galleria adiacente…
Bene, passiamo dalla lirica direttamente alla ricerca.
Come ho già accennato in precedenza, alcune specie di scarabei stercorari formano palle e le rotolano in linea retta, senza prestare attenzione alla qualità e alla difficoltà del percorso scelto, verso la tana di stoccaggio. Proprio con questo comportamento di questi scarabei siamo meglio familiarizzati grazie a numerosi documentari. Inoltre, sappiamo che oltre alla forza (alcune specie possono sollevare pesi fino a 1000 volte superiori al loro), alle preferenze gastronomiche e alla cura della prole, gli scarabei stercorari si orientano magnificamente nello spazio. Inoltre, sono gli unici insetti capaci di orientarsi di notte grazie alle stelle.
In Sudafrica (luogo delle osservazioni), quando lo scarabeo stercorario trova una "prede", forma una palla e inizia a rotolarla in linea retta in una direzione casuale, lontano dai concorrenti, che non esiteranno a sottrargli il cibo raccolto. Pertanto, affinché la fuga sia efficace, è necessario muoversi sempre nella stessa direzione, senza deviare dal corso.
Il sole è un punto di riferimento principale, come sappiamo, ma non è il più affidabile. L'altezza del sole cambia durante il giorno, riducendo l'accuratezza della navigazione. Perché allora i coleotteri non iniziano a girare in cerchio, confondersi con la direzione e controllare la mappa ogni 2 minuti? È logico supporre che il sole non sia l'unica fonte di informazioni per orientarsi nello spazio. Gli scienziati hanno quindi ipotizzato che un secondo riferimento per i coleotteri sia il vento, più precisamente la sua direzione. Questa non è un'abilità unica, poiché anche le formiche e persino gli scarafaggi sono in grado di utilizzare il vento per trovare la strada.
Nel loro lavoro, gli scienziati hanno deciso di verificare come i coleotteri stercorari utilizzano queste informazioni sensoriali multimodali, quando preferiscono orientarsi in base al sole e quando in base alla direzione del vento, e se utilizzano entrambi i metodi simultaneamente. Sono state effettuate osservazioni e misurazioni nel loro habitat naturale, oltre che in condizioni di laboratorio controllate simulate.
Risultati dello studio
In questo studio, il soggetto principale è stato un coleottero della specie Scarabaeus lamarcki, mentre le osservazioni nel loro habitat naturale sono state effettuate in una fattoria "Stonehenge", nei pressi di Johannesburg (Sudafrica).
Immagine n. 1: variazione della velocità del vento nel corso della giornata (A), variazione della direzione del vento nel corso della giornata (In).
Sono state effettuate misurazioni preliminari della velocità e della direzione del vento. Durante la notte la velocità era al suo minimo (<0,5 m/s), ma aumentava vicino all'alba, raggiungendo il picco giornaliero (3 m/s) tra le 11:00 e le 13:00 (altezza del sole ∼70°).
I valori di velocità sono notevoli poiché superano la soglia di 0,15 m/s, necessaria per l'orientamento menotattico dei coleotteri stercorari. Inoltre, il picco della velocità del vento coincide cronologicamente con il picco di attività dei coleotteri. Scarabaeus lamarcki.
I coleotteri trascinano il loro bottino in linea retta dal luogo di raccolta per una distanza considerevole. In media, l'intero percorso richiede 6.1 ± 3.8 minuti. Di conseguenza, durante questo intervallo di tempo devono mantenere il percorso il più accurato possibile.
Per quanto riguarda la direzione del vento, durante il massimo picco di attività dei coleotteri (dalle 06:30 alle 18:30), la variazione media della direzione del vento nell'intervallo di 6 minuti non supera i 27.0°.
Combinando i dati sulla velocità e la direzione del vento durante il giorno, gli scienziati ritengono che tali condizioni climatiche siano sufficienti per l'orientamento multimodale dei scarabei.
Immagine n. 2
È tempo di osservazioni. Per testare il possibile impatto del vento sulle caratteristiche di orientamento dei scarabei nel spazio, è stata creata un'arena circolare, al centro della quale si trovava il cibo. I scarabei potevano liberamente rotolare le palle che avevano formato in qualsiasi direzione dal centro in presenza di un flusso d'aria controllato e stabile con una velocità di 3 m/s. Questi test sono stati condotti in giornate serene, quando l'altezza del sole variava durante il giorno come segue: ≥75° (alta), 45–60° (media) e 15–30° (bassa).
Le modifiche al flusso d'aria e alla posizione del sole possono variare di 180° tra due passaggi del scarabeo (2A). Va considerato anche il fatto che i scarabei non soffrono di sclerosi, e quindi dopo il primo passaggio ricordano il percorso scelto. Tenendo conto di questo, gli scienziati considerano le variazioni dell'angolo di uscita dall'arena durante il successivo passaggio del scarabeo come uno dei parametri di successo dell'orientamento.
Con altezza del sole ≥75° (alta), le variazioni dell'azimut in risposta a una variazione della direzione del vento di 180° tra il primo e il secondo passaggio erano raggruppate attorno ai 180° (P <0,001, test V) con una variazione media di 166,9 ± 79,3° (2B). Allo stesso tempo, la variazione della posizione del sole (è stato utilizzato uno specchio) di 180° ha indotto una risposta trascurabile di 13,7 ± 89,1° (cerchio inferiore su 2B).
Curiosamente, con l'altezza media e bassa del sole, i scarabei hanno mantenuto i loro percorsi, nonostante i cambiamenti nella direzione del vento — altezza media: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; altezza bassa: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C e 2D). Tuttavia, le variazioni della direzione dei raggi solari di 180° hanno avuto una reazione opposta, cioè un cambiamento radicale nella direzione del percorso del scarabeo — altezza media: 153,9 ± 83,3°; altezza bassa: −162 ± 69,4°; P <0,001 (cerchi inferiori su 2A, 2C e 2D).
È possibile che non sia il vento stesso a influenzare l'orientamento, ma gli odori. Per verificare ciò, a un secondo gruppo di scarabei sono stati rimossi i segmenti distali delle antenne, responsabili per l'olfatto. Le variazioni del percorso in risposta a un cambiamento nella direzione del vento di 180°, dimostrate da questi scarabei, erano comunque significativamente raggruppate attorno ai 180°. In altre parole, non ci sono differenze nel grado di orientamento tra scarabei con e senza olfatto.
La sintesi è che i scarabei stercorari si orientano utilizzando il sole e il vento. In condizioni di laboratorio controllate, è stato stabilito che la bussola eolica prevale su quella solare quando il sole è alto nel cielo, ma la situazione inizia a cambiare quando il sole si avvicina all'orizzonte.
Questa osservazione suggerisce che esiste un sistema di bussole multimodale dinamico, in cui l'interazione tra le due modalità cambia in base alle informazioni sensoriali. In altre parole, il coleottero si orienta a qualsiasi ora del giorno, affidandosi alla fonte di informazione più affidabile in quel preciso momento (sole basso — orientamento sole; sole alto — orientamento vento).
Successivamente, i ricercatori hanno deciso di verificare se il vento aiuta o meno nell'orientamento degli scarabei. A tal fine, è stata preparata un'arena di 1 m di diametro con del cibo al centro. In totale, gli scarabei hanno effettuato 20 tentativi con sole alto: 10 con vento e 10 senza vento (2F).
Come previsto, la presenza di vento ha aumentato l'accuratezza nell'orientamento degli scarabei. È stato notato che nelle prime osservazioni sull'accuratezza della bussola solare, la variazione dell'azimut tra due tentativi consecutivi raddoppia quando il sole è alto nel cielo (> 75°) rispetto a una posizione più bassa (<60°).
Quindi, abbiamo capito che il vento gioca un ruolo importante nell'orientamento degli scarabei stercorari, compensando le imprecisioni della bussola solare. Ma come raccoglie l'informazione sulla velocità e direzione del vento? Certamente, è ovvio che ciò avviene attraverso i tentacoli. Per confermare ciò, i ricercatori hanno condotto test in laboratorio con un flusso d'aria costante (3 m/s) coinvolgendo due gruppi di scarabei — con e senza antenne (3A).
Immagine n. 3
Come criterio principale di accuratezza nell'orientamento è stata utilizzata la variazione dell'azimut tra due tentativi con una variazione della direzione del flusso d'aria di 180°.
La variazione della direzione di movimento degli scarabei con antenne è stata raggruppata attorno a 180°, a differenza degli scarabei senza antenne. Inoltre, la variazione assoluta media dell'azimut negli scarabei senza antenne è stata di 104,4 ± 36,0°, che differisce notevolmente dalla variazione assoluta negli scarabei con antenne — 141,0 ± 45,0° (grafico su 3B). Cioè, gli insetti senza antenne non erano in grado di orientarsi correttamente nel vento. Tuttavia, si orientavano ancora bene grazie al sole.
Nell'immagine 3A È stata mostrata l'installazione di un test per verificare la capacità degli insetti di combinare informazioni da diverse modalità sensoriali per correggere il proprio percorso. A tal fine, nel test erano presenti entrambi i riferimenti (vento + sole) durante il primo tentativo, mentre durante il secondo solo un riferimento (sole o vento). In questo modo è stata confrontata la multimodalità con l'unimodalità.
Le osservazioni hanno mostrato che i cambiamenti nella direzione di movimento degli insetti dopo il passaggio da riferimenti multi- a unimodali erano concentrati attorno ai 0°: solo vento: −8,2 ± 64,3°; solo sole: 16,5 ± 51,6° (grafici al centro e a destra su 3C).
Questa caratteristica di orientamento non differiva da quella ottenuta in presenza di due riferimenti (sole + vento) (grafico a sinistra su 3C).
Ciò indica che in condizioni controllate l'insetto può utilizzare un riferimento se il secondo non fornisce informazioni sufficienti, cioè compensare l'inesattezza di un riferimento con un altro.
Se pensate che gli scienziati si siano fermati qui, non è così. Successivamente, è stato necessario verificare quanto bene gli insetti memorizzassero informazioni su uno dei riferimenti, e se lo utilizzassero in futuro come integrazione. A tal fine, sono stati condotti 4 tentativi: nel primo c'era 1 riferimento (sole), nel secondo e terzo è stato aggiunto il flusso d'aria, mentre nel quarto c'era solo il flusso d'aria. È stato condotto anche un test, in cui i riferimenti erano in ordine inverso: vento, sole+vento, sole+vento, sole.
La teoria preliminare è che se gli insetti possono memorizzare informazioni su entrambi i riferimenti nella stessa area di memoria spaziale nel cervello, dovrebbero mantenere la stessa direzione nel primo e nel quarto tentativo, cioè i cambiamenti nella direzione di movimento dovrebbero raggrupparsi attorno ai 0°.
Immagine n. 4
I dati raccolti sul cambiamento dell'azimut durante il primo e il quarto tentativo hanno confermato l'ipotesi sopra descritta (4A), che è stata ulteriormente confermata anche tramite modellazione, i cui risultati sono mostrati nel grafico 4C (a sinistra).
Come ulteriore verifica, sono stati condotti test in cui il flusso d'aria è stato sostituito da un fascio di ultravioletti (4B e 4C a destra). I risultati sono stati praticamente identici a quelli dei test condotti con il sole e il flusso d'aria.
Per un approfondimento sulle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a e ad essa.
Epilogo
Il complesso dei risultati degli esperimenti sia in ambienti naturali che controllati ha dimostrato che le informazioni visive e meccanosensoriali nei coleotteri stercorari convergono in una rete neuronale comune e sono conservate come un'immagine di una bussola multimodale. Il confronto tra l'efficacia dell'uso del sole o del vento come punto di riferimento ha mostrato che i coleotteri utilizzano maggiormente il punto di riferimento che fornisce loro più informazioni. L'altro viene utilizzato come riserva o complemento.
Questo potrebbe sembrare abbastanza comune per noi, ma non dobbiamo dimenticare che il nostro cervello è anche molto più grande di quello di un piccolo coleottero. Tuttavia, come abbiamo capito, anche le creature più piccole sono capaci di processi mentali complessi, poiché nella natura selvaggia la tua sopravvivenza dipende sia dalla forza che dall'intelligenza, e spesso da una combinazione di entrambi.
Off-topic del venerdì:
Anche i coleotteri lottano per il loro cibo. E non importa che il cibo sia una pallina di letame.
(BBC Earth, David Attenborough)
Grazie per l'attenzione, rimanete curiosi e buon weekend a tutti, ragazzi! 🙂
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Fonte: habr.com
