Ci sono domande che ci siamo posti o a cui abbiamo cercato di rispondere: perché il cielo è blu, quante stelle ci sono nel firmamento, chi è più forte - lo squalo bianco o l'orca, e così via. E ci sono domande che non abbiamo fatto, ma a cui la risposta non diventa meno interessante. Tra queste possiamo includere la seguente: cosa così importante hanno deciso di esplorare insieme i ricercatori dell'Università di Lund (Svezia), dell'Università di Witwatersrand (Sudafrica), dell'Università di Stoccolma (Svezia) e dell'Università di Würzburg (Germania)? Probabilmente è qualcosa di estremamente importante, molto complesso e incredibilmente utile. Bene, riguardo a questo è difficile dire con certezza, ma è certamente molto affascinante, in particolare — come si orientano nello spazio i scarabei stercorari. A prima vista, tutto sembra banale, ma il nostro mondo è pieno di cose che non sono così semplici come appaiono e i scarabei stercorari ne sono una testimonianza. Quindi, cosa c'è di così unico nel sistema di navigazione dello scarabeo stercorario, come hanno verificato questa cosa gli scienziati e cosa c'entra la competizione? Su queste e altre domande troveremo risposte nel rapporto del gruppo di ricerca. Iniziamo.
Il protagonista
Innanzitutto, è importante conoscere il protagonista di questa ricerca. È forte, laborioso, tenace, bello e premuroso. È un stercorario della superfamiglia Scarabaeoidea.
I scarabei stercorari hanno ricevuto il loro nome poco attraente a causa delle loro preferenze gastronomiche. Da un lato, è un po' disgustoso, ma per lo scarabeo stercorario è un'ottima fonte di nutrienti, per cui la maggior parte delle specie di questa famiglia non ha bisogno di altre fonti di cibo e nemmeno d'acqua. L'unica eccezione è la specie Deltochilum valgum, i cui esemplari amano gustare millepiedi.
La diffusione degli scarabei stercorari potrebbe invidiare la maggior parte degli altri esseri viventi, poiché abitano in tutti i continenti tranne che in Antartide. L'habitat varia da foreste fresche a deserti caldi. È evidente che una grande concentrazione di scarabei stercorari è più facile da incontrare in luoghi abitati da animali che fungono da "fabbriche" per la produzione del loro cibo. Gli scarabei stercorari preferiscono accumulare cibo per il futuro.
Un breve video sui scarabei e le difficoltà della loro vita (BBC, David Attenborough).
Diverse specie di scarabei hanno le loro particolari caratteristiche comportamentali. Alcuni formano palline di sterco, che rotolano lontano dal luogo di raccolta per seppellirle nella loro tana. Altri scavano tunnel nel terreno, riempiendoli di cibo. E alcuni, consapevoli del detto su Maometto e la montagna, semplicemente vivono in mucchi di sterco.
Le scorte di cibo sono importanti per lo scarabeo, non tanto per la propria sopravvivenza, quanto per prendersi cura della futura prole. Infatti, le larve degli scarabei vivono di ciò che i loro genitori hanno raccolto in precedenza. E più sterco, cioè cibo per le larve, maggiore è la probabilità che sopravvivano.
Ho incontrato una formulazione del genere durante la raccolta delle informazioni, e suona un po' strana, soprattutto l'ultima parte:…I maschi lottano per le femmine, spingendo le pareti del tunnel con le zampe, mentre con le loro protuberanze a forma di corna spingono il rivale… Alcuni maschi non hanno le corna e quindi non competono, ma possiedono ghiandole sessuali più grandi e sentinellano la femmina nel tunnel accanto…
Bene, passiamo dalla lirica direttamente alla ricerca.
Come accennato in precedenza, alcune specie di scarabei stercorari formano palline e le rotolano in linea retta, ignorando la qualità e la complessità del percorso scelto verso la loro tana. È proprio con questo comportamento di questi scarafaggi che siamo più familiari 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 sono esperti nel orientarsi nello spazio. Inoltre, sono gli unici insetti in grado di orientarsi di notte in base alle stelle.
In Sudafrica (luogo delle osservazioni), quando uno scarabeo stercorario trova una 'preda', forma una pallina e inizia a rotolarla in linea retta in una direzione casuale, purché si allontani dai concorrenti che non esiteranno a sottrargli il cibo trovato. Pertanto, affinché la fuga sia efficace, è necessario muoversi nella stessa direzione costantemente, senza deviare dal percorso.
Il sole è un orientamento principale, come già sappiamo, ma non è il più affidabile. L'altezza del sole cambia durante il giorno, riducendo la precisione dell'orientamento. Perché allora gli insetti non girano in tondo, non si confondono e non controllano la mappa ogni 2 minuti? È logico supporre che il sole non sia l'unica fonte di informazioni per orientarsi nello spazio. Qui gli scienziati hanno ipotizzato che una seconda guida per gli insetti sia il vento, più precisamente la sua direzione. Non è una caratteristica unica, poiché anche le formiche e persino gli scarafaggi sono in grado di utilizzare il vento per orientarsi.
Nel loro studio, gli scienziati hanno deciso di verificare come gli scarabei stercorari utilizzino queste informazioni sensoriali multimodali, quando preferiscano orientarsi secondo il sole, quando secondo la direzione del vento e se usino entrambi i metodi contemporaneamente. Sono state effettuate osservazioni e misurazioni nel loro habitat naturale, così come in condizioni di laboratorio controllate e simulate.
Risultati della ricerca
In questo studio, il principale soggetto di ricerca è stato un insetto della specie Scarabaeus lamarcki, e le osservazioni in ambiente naturale sono state condotte nell'area della fattoria 'Stonehenge', non lontano da Johannesburg (Sudafrica).
Immagine n. 1: variazioni della velocità del vento nel corso della giornata (E), variazioni della direzione del vento nel corso della giornata (In).
Sono state effettuate misurazioni preliminari della velocità e della direzione del vento. Di notte, la velocità era la più bassa (<0,5 m/s), ma verso l'alba aumentava, 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 in quanto superano la soglia di 0,15 m/s, necessaria per l'orientamento menotattico dei vermi stercorari. Inoltre, il picco della velocità del vento coincide con l'orario di picco dell'attività degli scarafaggi. Scarabaeus lamarcki.
Gli scarafaggi rotolano la loro preda in linea retta dal luogo di raccolta per una distanza considerevole. In media, l'intero percorso richiede 6.1 ± 3.8 minuti. Pertanto, durante questo intervallo di tempo devono seguire il percorso con la massima precisione.
Per quanto riguarda la direzione del vento, durante il periodo di massima attività degli scarafaggi (dalle 06:30 alle 18:30), la variazione media della direzione del vento in un intervallo di tempo di 6 minuti è di non più di 27,0°.
Combinando i dati sulla velocità e la direzione del vento durante il giorno, gli scienziati ritengono che tali condizioni meteorologiche siano sufficienti per l'orientamento multimodale dei scarafaggi.
Immagine n. 2
È giunto il momento di osservare. Per verificare il possibile impatto del vento sulle caratteristiche di orientamento dei scarafaggi nello spazio, è stata creata un'«arena» circolare, al centro della quale si trovava del cibo. I scarafaggi potevano liberamente rotolare le palline che avevano formato in qualsiasi direzione dal centro, in presenza di un flusso d'aria controllato e stabile a 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 variazioni del flusso d'aria e della posizione del sole possono cambiare di 180° tra due passaggi del scarafaggio (2A). Va considerato anche il fatto che i scarafaggi non soffrono di sclerosi, perciò dopo il primo passaggio memorizzano il percorso scelto. Tenendo conto di ciò, gli scienziati considerano le variazioni dell'angolo di uscita dall'arena durante il successivo passaggio del scarafaggio come uno degli indicatori del successo dell'orientamento.
Quando l'altezza del sole è ≥75° (alta), le variazioni dell'azimut in risposta a un cambiamento della direzione del vento di 180° tra il primo e il secondo tentativo sono state raggruppate intorno ai 180° (P <0,001, test V) con una variazione media di 166,9 ± 79,3° (2B). Nel frattempo, il cambiamento della posizione del sole (è stato usato uno specchio) di 180° ha provocato una reazione poco rilevante di 13,7 ± 89,1° (cerchio inferiore su 2B).
È curioso notare che a media e bassa altezza del sole, gli insetti hanno mantenuto i loro percorsi, nonostante i cambiamenti della direzione del vento — altezza media: -15,9 ± 40,2°; P <0,001; bassa altezza: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C e 2D). Al contrario, i cambiamenti della direzione dei raggi solari di 180° hanno avuto una reazione opposta, cioè un cambiamento radicale nella direzione del percorso dell'insetto — altezza media: 153,9 ± 83,3°; bassa altezza: −162 ± 69,4°; P <0,001 (cerchi inferiori su 2A, 2C e 2D).
È possibile che a orientarsi non sia tanto il vento, quanto gli odori. Per verificare ciò, alla seconda gruppo di insetti è stata rimossa la parte distale delle antenne, responsabile dell'olfatto. I cambiamenti di rotta in risposta a una variazione della direzione del vento di 180°, dimostrati da questi insetti, sono ancora stati significativamente raggruppati attorno ai 180°. In altre parole, non c'è alcuna differenza nel grado di orientamento tra gli insetti con e senza olfatto.
La conclusione intermedia è che i coleotteri stercorari utilizzano sia il sole che il vento per orientarsi. 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 indica 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 in qualsiasi momento della giornata, facendo affidamento sulla fonte di informazione più affidabile in quel particolare momento (il sole basso — riferimento sole; il sole alto — riferimento vento).
Successivamente, gli scienziati hanno deciso di verificare se il vento aiutasse o meno nell'orientamento dei coleotteri. A questo scopo è stata preparata un'arena con un diametro di 1 m con del cibo al centro. In totale, i coleotteri hanno effettuato 20 tentativi con il sole in posizione alta: 10 con vento e 10 senza vento (2F).
Come ci si aspettava, la presenza di vento aumentava l'accuratezza dell'orientamento dei coleotteri. Si nota che nelle prime osservazioni sulla precisione della bussola solare, la variazione dell'azimut tra due tentativi consecutivi raddoppia quando il sole è in posizione alta (> 75°) rispetto a quando è in posizione bassa (<60°).
Abbiamo quindi compreso che il vento svolge un ruolo cruciale nell'orientamento degli scarabei stercorari, compensando le imprecisioni del compasso solare. Ma come raccoglie l'insetto informazioni sulla velocità e sulla direzione del vento? Certamente, la cosa più ovvia è che ciò avviene tramite i peli sensitivi. Per verificarlo, gli scienziati hanno condotto test in un ambiente controllato con un flusso d'aria costante (3 m/s) coinvolgendo due gruppi di scarabei: con e senza peli sensitivi.3A).
Immagine n. 3
Come criterio principale di accuratezza dell'orientamento, è stata presa in considerazione la variazione dell'azimut tra i due passaggi al variare della direzione del flusso d'aria di 180°.
La variazione della direzione di movimento degli scarabei con peli sensitivi si è raggruppata attorno a 180°, diversamente da quelli senza peli. Inoltre, la variazione assoluta media dell'azimut negli scarabei senza peli è stata di 104,4 ± 36,0°, significativamente diversa dalla variazione assoluta degli scarabei con peli — 141,0 ± 45,0° (grafico su 3B). Pertanto, gli scarabei senza peli non riuscivano a orientarsi correttamente rispetto al vento. Tuttavia, si orientavano ancora bene in base al sole.
Nell'immagine 3A viene mostrata l'installazione del test per verificare la capacità degli scarafaggi di combinare informazioni da diverse modalità sensoriali per correggere il proprio percorso. Per questo, nel test erano presenti entrambi i punti di riferimento (vento + sole) durante il primo round, oppure solo uno dei punti di riferimento (sole o vento) durante il secondo. In questo modo è stata confrontata la multimodalità con l'unimodalità.
Le osservazioni hanno mostrato che i cambiamenti nella direzione di movimento degli scarafaggi dopo il passaggio da un riferimento multimodale a uno unimodale erano concentrati attorno a 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 uno scarafaggio può utilizzare un solo riferimento se il secondo non fornisce informazioni sufficienti, compensando quindi l'imprecisione di un riferimento con l'altro.
Se pensate che gli scienziati si siano fermati qui, vi sbagliate. È stato necessario verificare quanto bene gli scarabei memorizzino informazioni su uno dei punti di riferimento e se lo utilizzino in futuro come integrazione. A tal fine, sono state condotte 4 sessioni: nella prima c'era 1 punto di riferimento (il sole), nella seconda e nella terza è stata aggiunta una corrente d'aria, mentre durante la quarta c'era solo la corrente d'aria. È stato inoltre effettuato un test in cui i punti di riferimento erano nell'ordine inverso: vento, sole+vento, sole+vento, sole.
La teoria preliminare suggerisce che se gli scarabei possono memorizzare informazioni su entrambi i punti di riferimento nella stessa area della memoria spaziale nel cervello, dovrebbero mantenere la stessa direzione nelle prime e ultime sessioni, ossia le variazioni nella direzione del movimento dovrebbero raggrupparsi attorno a 0°.
Immagine n. 4
I dati raccolti sui cambiamenti di azimut durante la prima e la quarta sessione hanno confermato l'ipotesi sopra descritta (4A), che è stata ulteriormente verificata anche attraverso la 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 punto di ultravioletti (4B e 4C a destra). I risultati sono stati praticamente identici a quelli ottenuti con l'uso del sole e del flusso d'aria.
Per una comprensione più dettagliata delle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a e ad esso.
Epilogo
La combinazione dei risultati degli esperimenti sia in ambiente naturale che controllato ha dimostrato che per i scarabei stercorari le informazioni visive e meccanosensoriali si integrano in una rete neurale comune e vengono conservate come una fotografia di una bussola multimodale. Il confronto dell'efficacia dell'uso del sole o del vento come punto di riferimento ha mostrato che gli scarabei tendono a utilizzare maggiormente il riferimento che fornisce loro più informazioni, mentre l'altro viene utilizzato come riserva o complemento.
Questo potrebbe sembrare un'impresa piuttosto comune per noi, ma non dimentichiamo che anche il nostro cervello è 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 nelle condizioni della natura selvaggia la tua sopravvivenza dipende sia dalla forza che dall'intelligenza, spesso dalla combinazione di entrambe.
Off-topic del venerdì:
Gli insetti si contendono anche le prede. E non importa che la preda sia una pallina di letame.
(BBC Earth, David Attenborough)
Grazie per l'attenzione, continuate a essere curiosi e buon weekend a tutti, ragazzi! 🙂
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Fonte: habr.com
