Ci sono domande a cui abbiamo posto o a cui abbiamo cercato di rispondere: perché il cielo è blu, quante stelle ci sono nel cielo, chi è più forte: uno squalo bianco o un'orca assassina, ecc. E ci sono domande che non ci siamo posti, ma ciò non rende la risposta meno interessante. Tali domande includono quanto segue: cosa hanno combinato gli scienziati delle università di Lund (Svezia), Witwatersrand (Sudafrica), Stoccolma (Svezia) e Würzburg (Germania) di così importante? Questo è probabilmente qualcosa di molto importante, molto complesso e incredibilmente utile. Bene, è difficile dirlo con certezza, ma è sicuramente molto interessante, vale a dire come gli scarabei stercorari navigano nello spazio. A prima vista qui è tutto banale, ma il nostro mondo è pieno di cose che non sono così semplici come sembrano, e gli scarabei stercorari ne sono la prova. Allora, cosa c’è di così unico nel sistema di navigazione dello scarabeo stercorario, come lo hanno testato gli scienziati e cosa c’entra la concorrenza? Troveremo le risposte a queste e ad altre domande nel rapporto del gruppo di ricerca. Andare.
protagonista
Prima di tutto, vale la pena conoscere il personaggio principale di questo studio. È forte, laborioso, tenace, bello e premuroso. È uno scarabeo stercorario della superfamiglia Scarabaeidae.
Gli scarabei stercorari hanno preso il loro nome poco attraente a causa delle loro preferenze gastronomiche. Da un lato questo è 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 rappresentanti amano banchettare con i millepiedi.
La prevalenza degli scarabei stercorari è l'invidia della maggior parte degli altri esseri viventi, poiché vivono in tutti i continenti tranne l'Antartide. L'habitat spazia dalle fresche foreste ai caldi deserti. Ovviamente è più facile trovare grandi concentrazioni di scarabei stercorari negli habitat di animali che sono “fabbriche” per la produzione del loro cibo. Gli scarabei stercorari preferiscono conservare il cibo per il futuro.
Un breve video sugli scarabei stercorari e le complessità del loro modo di vivere (BBC, David Attenborough).
Diverse specie di coleotteri hanno le proprie caratteristiche di adattamento comportamentale. Alcuni formano palline di letame, che vengono rotolate dal sito di raccolta e sepolte in una buca. Altri scavano tunnel sotterranei, riempiendoli di cibo. E altri ancora, che conoscono il detto su Maometto e sul dolore, vivono semplicemente in mucchi di sterco.
Le scorte di cibo sono importanti per lo scarafaggio, ma non tanto per motivi di autoconservazione, quanto per motivi di cura della futura prole. Il fatto è che le larve dello scarabeo stercorario vivono in ciò che i loro genitori avevano raccolto in precedenza. E più letame, cioè cibo per le larve, maggiori sono le probabilità che sopravvivano.
Mi sono imbattuto in questa formulazione durante il processo di raccolta delle informazioni e non suona molto bene, soprattutto l'ultima parte:... I maschi combattono per le femmine, appoggiando i piedi contro le pareti del tunnel e spingendo l'avversario con escrescenze simili a corna ... Alcuni maschi non hanno le corna e quindi non combattono, ma hanno gonadi e guardie più grandi la femmina nel prossimo tunnel...
Bene, passiamo dai testi direttamente alla ricerca vera e propria.
Come ho accennato prima, alcune specie di scarabei stercorari formano delle palline e le fanno rotolare in linea retta, indipendentemente dalla qualità o dalla difficoltà del percorso scelto, in una buca di stoccaggio. È proprio questo comportamento di questi coleotteri quello che conosciamo meglio grazie a numerosi documentari. Sappiamo anche che oltre alla forza (alcune specie possono sollevare 1000 volte il proprio peso), alle preferenze gastronomiche e alla cura per la prole, gli scarabei stercorari hanno un eccellente orientamento spaziale. Inoltre sono gli unici insetti in grado di navigare di notte sfruttando le stelle.
In Sud Africa (luogo delle osservazioni), uno scarabeo stercorario, dopo aver trovato la “preda”, forma una palla e inizia a farla rotolare in linea retta in una direzione casuale, soprattutto lontano dai concorrenti che non esiteranno a portarla via il cibo che ha ottenuto. Pertanto, affinché una fuga sia efficace, è necessario muoversi sempre nella stessa direzione, senza uscire dalla rotta.
Il sole è il punto di riferimento principale, come già sappiamo, ma non è il più affidabile. L'altezza del sole cambia durante il giorno, il che riduce la precisione dell'orientamento. Perché gli scarafaggi non iniziano a correre in tondo, confondendosi nella direzione e controllando la mappa ogni 2 minuti? È logico supporre che il sole non sia l'unica fonte di informazioni per l'orientamento nello spazio. E poi gli scienziati hanno suggerito che il secondo punto di riferimento per gli scarafaggi è il vento, o meglio la sua direzione. Questa non è una caratteristica unica, poiché le formiche e persino gli scarafaggi sono in grado di sfruttare il vento per orientarsi.
Nel loro lavoro, gli scienziati hanno deciso di testare come gli scarabei stercorari utilizzano queste informazioni sensoriali multimodali, quando preferiscono navigare sotto il sole e quando secondo la direzione del vento, e se usano entrambe le opzioni contemporaneamente. Le osservazioni e le misurazioni sono state effettuate nell'ambiente naturale dei soggetti, nonché in condizioni di laboratorio simulate e controllate.
Risultati dello studio
In questo studio, il ruolo del soggetto principale è stato svolto da uno scarabeo della specie Scarabaeus lamarckie le osservazioni nell'ambiente naturale sono state effettuate sul territorio della fattoria di Stonehenge, vicino a Johannesburg (Sudafrica).
Immagine n. 1: variazioni della velocità del vento durante il giorno (А), cambiamenti nella direzione del vento durante il giorno (В).
Sono state effettuate misurazioni preliminari della velocità e della direzione del vento. Di notte, la velocità era più bassa (<0,5 m/s), ma aumentava più vicino all'alba, raggiungendo un picco giornaliero (3 m/s) tra le 11:00 e le 13:00 (altitudine solare ∼70°).
I valori di velocità sono notevoli perché superano la soglia di 0,15 m/s necessaria per l’orientamento menotattico degli scarabei stercorari. In questo caso, il picco di velocità del vento coincide nell'ora del giorno con il picco di attività degli scarafaggi Scarabaeus lamarcki.
Gli scarafaggi trascinano la preda in linea retta dal punto di raccolta fino a una distanza abbastanza ampia. In media, l'intero percorso dura 6.1 ± 3.8 minuti. Pertanto, durante questo periodo di tempo devono seguire il percorso nel modo più preciso possibile.
Se parliamo di direzione del vento, durante il periodo di massima attività degli scarafaggi (dalle 06:30 alle 18:30), la variazione media della direzione del vento durante un periodo di tempo di 6 minuti non è superiore a 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 la navigazione multimodale degli scarafaggi.
Immagine n. 2
E' tempo di osservare. Per testare la possibile influenza del vento sulle caratteristiche di orientamento spaziale degli scarabei stercorari, è stata creata un’“arena” circolare con il cibo al centro. Gli scarabei erano liberi di far rotolare le palline formate in qualsiasi direzione dal centro in presenza di un flusso d'aria controllato e stabile ad una velocità di 3 m/s. Questi test sono stati condotti in giornate limpide quando l'altitudine del sole variava durante il giorno come segue: ≥75° (alta), 45–60° (media) e 15–30° (bassa).
I cambiamenti nel flusso d'aria e nella posizione del sole possono variare fino a 180° tra due visite allo scarabeo (2А). Vale anche la pena considerare il fatto che gli scarabei non soffrono di sclerosi e quindi dopo la prima visita ricordano il percorso scelto. Sapendo questo, gli scienziati tengono conto dei cambiamenti nell'angolo di uscita dall'arena durante il successivo ingresso dello scarafaggio come uno degli indicatori del successo dell'orientamento.
Quando l'altitudine del sole è ≥75° (alta), le variazioni dell'azimut in risposta a una variazione di 180° nella direzione del vento tra il primo e il secondo set sono state raggruppate intorno a 180° (P < 0,001, test V) con una variazione media di 166.9 ± 79.3 °(2B). In questo caso, un cambiamento nella posizione del sole (è stato utilizzato uno specchio) di 180° ha causato una sottile reazione di 13,7 ± 89,1° (cerchio inferiore su 2B).
È interessante notare che, ad altitudini solari medie e basse, gli scarabei sono rimasti sui loro percorsi nonostante i cambiamenti nella direzione del vento - altitudine media: -15,9 ± 40,2°; P<0,001; bassa quota: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Ma cambiando la direzione dei raggi solari di 180° si ha la reazione opposta, cioè un cambiamento radicale nella direzione del percorso dello scarabeo - altezza media: 153,9 ± 83,3°; bassa quota: −162 ± 69,4 °; P < 0,001 (cerchi inferiori in 2А, 2S и 2D).
Forse l'orientamento non è influenzato dal vento stesso, ma dagli odori. Per verificarlo, a un secondo gruppo di coleotteri sono stati rimossi i segmenti antenne distali, responsabili del loro senso dell'olfatto. I cambiamenti di percorso in risposta ai cambiamenti di 180° nella direzione del vento esibiti da questi coleotteri erano ancora raggruppati in modo significativo intorno a 180°. In altre parole, non c'è praticamente alcuna differenza nel grado di orientamento tra i coleotteri con e senza l'olfatto.
Una conclusione intermedia è che gli scarabei stercorari sfruttano il sole e il vento per orientarsi. In questo caso, in condizioni di laboratorio controllate, si è scoperto che la bussola del vento prevale sulla bussola solare ad altitudini elevate, ma la situazione inizia a cambiare quando il sole si avvicina all'orizzonte.
Questa osservazione indica che esiste un sistema dinamico di bussole multimodali, in cui l'interazione tra le due modalità cambia in base alle informazioni sensoriali. Cioè, lo scarabeo naviga in qualsiasi momento della giornata, affidandosi alla fonte di informazioni più affidabile in quel particolare momento (il sole è basso - il sole è un riferimento; il sole è alto - il vento è un riferimento).
Successivamente, gli scienziati hanno deciso di verificare se il vento aiuta o meno a orientare gli scarafaggi. A tale scopo è stata allestita un'arena del diametro di 1 m con il cibo al centro. In totale, gli scarabei hanno realizzato 20 tramonti in una posizione alta del sole: 10 con vento e 10 senza vento (2F).
Come previsto, la presenza del vento ha aumentato la precisione dell'orientamento degli scarafaggi. Si nota che nelle prime osservazioni della precisione della bussola solare, la variazione di azimut tra due serie successive è raddoppiata in una posizione del sole alta (>75°) rispetto a una posizione più bassa (<60°).
Quindi, ci siamo resi conto che il vento gioca un ruolo importante nell'orientamento degli scarabei stercorari, compensando le imprecisioni della bussola solare. Ma come fa uno scarafaggio a raccogliere informazioni sulla velocità e la direzione del vento? Naturalmente, la cosa più ovvia è che ciò avviene attraverso le antenne. Per verificarlo, gli scienziati hanno condotto test in interni con un flusso d'aria costante (3 m/s) con la partecipazione di due gruppi di coleotteri - con e senza antenne (3A).
Immagine n. 3
Il criterio principale per la precisione dell'orientamento era il cambiamento di azimut tra due approcci quando la direzione del flusso d'aria cambiava di 180°.
I cambiamenti nella direzione del movimento dei coleotteri con antenne erano raggruppati intorno a 180°, a differenza dei coleotteri senza antenne. Inoltre, la variazione media assoluta dell'azimut per i coleotteri senza antenne è stata di 104,4 ± 36,0°, che è molto diversa dalla variazione assoluta per i coleotteri con antenne - 141,0 ± 45,0° (grafico in 3V). Cioè, gli scarabei senza antenne non potrebbero navigare normalmente nel vento. Tuttavia erano ancora ben orientati dal sole.
Sull'immagine 3А mostra una configurazione di prova per testare la capacità degli scarafaggi di combinare informazioni provenienti da diverse modalità sensoriali per adattare il loro percorso. Per fare ciò, il test ha incluso entrambi i punti di riferimento (vento + sole) durante il primo approccio, oppure solo un punto di riferimento (sole o vento) durante il secondo. In questo modo sono state confrontate la multimodalità e l’unimodalità.
Le osservazioni hanno mostrato che i cambiamenti nella direzione del movimento degli scarafaggi dopo la transizione da un punto di riferimento multimodale a uno unimodale erano concentrati intorno a 0°: solo vento: −8,2 ± 64,3°; solo sole: 16,5 ± 51,6° (grafici al centro e a destra 3C).
Questa caratteristica di orientamento non differiva da quella ottenuta in presenza di due punti di riferimento (sole + vento) (grafico a sinistra in 3S).
Ciò suggerisce che, in condizioni controllate, uno scarabeo può utilizzare un punto di riferimento se il secondo non fornisce informazioni sufficienti, cioè compensare l'imprecisione di un punto di riferimento con il secondo.
Se pensi che gli scienziati si siano fermati qui, allora non è così. Successivamente, è stato necessario verificare quanto bene gli scarabei memorizzano le informazioni su uno dei punti di riferimento e se le utilizzeranno in futuro come supplemento. A questo scopo sono stati effettuati 4 approcci: nel primo c'era 1 punto di riferimento (il sole), nel secondo e nel terzo è stato aggiunto un flusso d'aria, e durante il quarto c'era solo un flusso d'aria. È stato inoltre condotto un test in cui i punti di riferimento erano in ordine inverso: vento, sole + vento, sole + vento, sole.
Una teoria provvisoria è che se gli scarafaggi possono immagazzinare informazioni su entrambi i punti di riferimento nella stessa regione di memoria spaziale nel cervello, allora dovrebbero mantenere la stessa direzione nella prima e nella quarta visita, cioè i cambiamenti nella direzione del movimento dovrebbero raggrupparsi intorno a 0°.
Immagine n. 4
I dati raccolti sulla variazione dell'azimut durante la prima e la quarta corsa hanno confermato l'ipotesi di cui sopra (4A), ulteriormente confermata attraverso la modellazione, i cui risultati sono rappresentati nel grafico 4C (a sinistra).
Come ulteriore verifica sono state effettuate prove in cui il flusso d'aria è stato sostituito da uno spot ultravioletto (4B e 4C a destra). I risultati erano quasi identici ai test del sole e del flusso d’aria.
Per una conoscenza più dettagliata delle sfumature dello studio, consiglio di guardare и a lui.
Finale
La combinazione dei risultati degli esperimenti in ambienti sia naturali che controllati ha mostrato che negli scarabei stercorari, le informazioni visive e meccanosensoriali convergono in una rete neurale comune e vengono archiviate come un’istantanea di una bussola multimodale. Un confronto tra l’efficacia dell’utilizzo del sole o del vento come riferimento ha mostrato che gli scarafaggi tendevano a utilizzare il riferimento che forniva loro maggiori informazioni. Il secondo viene utilizzato come ricambio o complementare.
Potrebbe sembrare una cosa molto comune per noi, ma non dimentichiamo che il nostro cervello è molto più grande di quello di un piccolo insetto. Ma, come abbiamo imparato, anche le creature più piccole sono capaci di processi mentali complessi, perché in natura la sopravvivenza dipende dalla forza o dall'intelligenza, e molto spesso da una combinazione di entrambe.
Venerdì in anteprima:
Anche gli scarafaggi combattono per le prede. E non importa che la preda sia una palla di sterco.
(BBC Terra, David Attenborough)
Grazie per aver letto, rimanete curiosi e buon fine settimana ragazzi! 🙂
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Fonte: habr.com