{"id":35942,"date":"2019-10-31T22:07:54","date_gmt":"2019-10-31T19:07:54","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/gps-dlya-navoznogo-zhuka-multimodalnaya-sistema-orientirovaniya\/"},"modified":"2019-10-31T22:07:54","modified_gmt":"2019-10-31T19:07:54","slug":"gps-dlya-navoznogo-zhuka-multimodalnaya-sistema-orientirovaniya","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/news\/gps-dlya-navoznogo-zhuka-multimodalnaya-sistema-orientirovaniya","title":{"rendered":"GPS per lo scarabeo stercorario: sistema di orientamento multimodale","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\nCi sono domande a cui abbiamo cercato di rispondere: perch\u00e9 il cielo \u00e8 blu, quante stelle ci sono nel firmamento, chi \u00e8 pi\u00f9 forte - lo squale bianco o l'orca, e cos\u00ec 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 universit\u00e0 di Lund (Svezia), Witwatersrand (Sudafrica), Stoccolma (Svezia) e W\u00fcrzburg (Germania) insieme? Probabilmente \u00e8 qualcosa di molto importante, complesso e incredibilmente utile. Ebbene, \u00e8 difficile dirlo con certezza, ma \u00e8 sicuramente molto affascinante, in particolare: come si orientano nello spazio i scarabei stercorari. A prima vista, tutto ci\u00f2 pu\u00f2 sembrare banale, ma il nostro mondo \u00e8 pieno di cose che non sono cos\u00ec semplici come sembrano, e i scarabei stercorari ne sono una conferma. Quindi, cosa c'\u00e8 di cos\u00ec 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.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Il protagonista<\/h3>\n

\nPrima di tutto, \u00e8 opportuno conoscere il protagonista di questo studio. \u00c8 forte, laborioso, determinato, bello e premuroso. \u00c8 uno scarabeo stercorario della superfamiglia degli scarabeidi.<\/p>\n

\nI scarabei stercorari hanno ricevuto il loro nome poco attraente a causa delle loro preferenze gastronomiche. Da un lato, pu\u00f2 sembrare un po' disgustoso, ma per lo scarabeo stercorario \u00e8 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 \u00e8 la specie Deltochilum valgum, i cui membri amano gustarsi le millepiedi.<\/p>\n

La diffusione dei scarabei stercorari pu\u00f2 essere invidiata dalla maggior parte degli altri esseri viventi, poich\u00e9 vivono in tutti i continenti tranne l'Antartide. L'areale di distribuzione varia dalle foreste fresche ai deserti roventi. \u00c8 ovvio che un grande numero di scarabei stercorari si incontra pi\u00f9 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. <\/p>\n

\r\n \"Guarda\r\n
<\/div>\r\n <\/div><\/center>
\nUn breve video sui scarabei stercorari e le difficolt\u00e0 del loro modo di vivere (BBC, David Attenborough).<\/i><\/p>\n

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.<\/p>\n

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 ci\u00f2 che i loro genitori hanno raccolto in precedenza. Maggiore \u00e8 la quantit\u00e0 di letame, cio\u00e8 di cibo per le larve, maggiore \u00e8 la probabilit\u00e0 che esse sopravvivano. <\/p>\n

Mi sono imbattuto in questa formulazione mentre raccoglievo informazioni, e suona un po' strana, soprattutto l'ultima parte:<\/b>\u2026I maschi lottano per le femmine, spingendo con le zampe le pareti della galleria, mentre con le protuberanze cornee spingono il rivale\u2026 Alcuni maschi non hanno corna e quindi non si impegnano in combattimenti, ma possiedono ghiandole sessuali pi\u00f9 grandi e controllano le femmine in una galleria adiacente\u2026<\/p>\n

Bene, passiamo dalla lirica direttamente alla ricerca.<\/p>\n

Come ho gi\u00e0 accennato in precedenza, alcune specie di scarabei stercorari formano palle e le rotolano in linea retta, senza prestare attenzione alla qualit\u00e0 e alla difficolt\u00e0 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.<\/p>\n

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, affinch\u00e9 la fuga sia efficace, \u00e8 necessario muoversi sempre nella stessa direzione, senza deviare dal corso. <\/p>\n

Il sole \u00e8 un punto di riferimento principale, come sappiamo, ma non \u00e8 il pi\u00f9 affidabile. L'altezza del sole cambia durante il giorno, riducendo l'accuratezza della navigazione. Perch\u00e9 allora i coleotteri non iniziano a girare in cerchio, confondersi con la direzione e controllare la mappa ogni 2 minuti? \u00c8 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, pi\u00f9 precisamente la sua direzione. Questa non \u00e8 un'abilit\u00e0 unica, poich\u00e9 anche le formiche e persino gli scarafaggi sono in grado di utilizzare il vento per trovare la strada.<\/p>\n

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. <\/p>\n

Risultati dello studio<\/h3>\n

\nIn questo studio, il soggetto principale \u00e8 stato un coleottero della specie Scarabaeus lamarcki<\/i>, mentre le osservazioni nel loro habitat naturale sono state effettuate in una fattoria \"Stonehenge\", nei pressi di Johannesburg (Sudafrica). <\/p>\n

Immagine n. 1: variazione della velocit\u00e0 del vento nel corso della giornata (A<\/b>), variazione della direzione del vento nel corso della giornata (In<\/b>).<\/i><\/p>\n

Sono state effettuate misurazioni preliminari della velocit\u00e0 e della direzione del vento. Durante la notte la velocit\u00e0 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 \u223c70\u00b0).<\/p>\n

I valori di velocit\u00e0 sono notevoli poich\u00e9 superano la soglia di 0,15 m\/s, necessaria per l'orientamento menotattico dei coleotteri stercorari. Inoltre, il picco della velocit\u00e0 del vento coincide cronologicamente con il picco di attivit\u00e0 dei coleotteri. Scarabaeus lamarcki<\/i>.<\/p>\n

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 \u00b1 3.8 minuti. Di conseguenza, durante questo intervallo di tempo devono mantenere il percorso il pi\u00f9 accurato possibile.<\/p>\n

Per quanto riguarda la direzione del vento, durante il massimo picco di attivit\u00e0 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\u00b0.<\/p>\n

Combinando i dati sulla velocit\u00e0 e la direzione del vento durante il giorno, gli scienziati ritengono che tali condizioni climatiche siano sufficienti per l'orientamento multimodale dei scarabei.<\/p>\n

Immagine n. 2<\/i><\/p>\n

\u00c8 tempo di osservazioni. Per testare il possibile impatto del vento sulle caratteristiche di orientamento dei scarabei nel spazio, \u00e8 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 velocit\u00e0 di 3 m\/s. Questi test sono stati condotti in giornate serene, quando l'altezza del sole variava durante il giorno come segue: \u226575\u00b0 (alta), 45\u201360\u00b0 (media) e 15\u201330\u00b0 (bassa).<\/p>\n

Le modifiche al flusso d'aria e alla posizione del sole possono variare di 180\u00b0 tra due passaggi del scarabeo (2A<\/b>). 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. <\/p>\n

Con altezza del sole \u226575\u00b0 (alta), le variazioni dell'azimut in risposta a una variazione della direzione del vento di 180\u00b0 tra il primo e il secondo passaggio erano raggruppate attorno ai 180\u00b0 (P <0,001, test V) con una variazione media di 166,9 \u00b1 79,3\u00b0 (2B<\/b>). Allo stesso tempo, la variazione della posizione del sole (\u00e8 stato utilizzato uno specchio) di 180\u00b0 ha indotto una risposta trascurabile di 13,7 \u00b1 89,1\u00b0 (cerchio inferiore su 2B<\/b>).<\/p>\n

Curiosamente, con l'altezza media e bassa del sole, i scarabei hanno mantenuto i loro percorsi, nonostante i cambiamenti nella direzione del vento \u2014 altezza media: -15,9 \u00b1 40,2\u00b0; P < 0,001; altezza bassa: 7,1 \u00b1 37,6\u00b0, P <0,001 (2C<\/b> e 2D<\/b>). Tuttavia, le variazioni della direzione dei raggi solari di 180\u00b0 hanno avuto una reazione opposta, cio\u00e8 un cambiamento radicale nella direzione del percorso del scarabeo \u2014 altezza media: 153,9 \u00b1 83,3\u00b0; altezza bassa: \u2212162 \u00b1 69,4\u00b0; P <0,001 (cerchi inferiori su 2A<\/b>, 2C<\/b> e 2D<\/b>).<\/p>\n

\u00c8 possibile che non sia il vento stesso a influenzare l'orientamento, ma gli odori. Per verificare ci\u00f2, 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\u00b0, dimostrate da questi scarabei, erano comunque significativamente raggruppate attorno ai 180\u00b0. In altre parole, non ci sono differenze nel grado di orientamento tra scarabei con e senza olfatto.<\/p>\n

La sintesi \u00e8 che i scarabei stercorari si orientano utilizzando il sole e il vento. In condizioni di laboratorio controllate, \u00e8 stato stabilito che la bussola eolica prevale su quella solare quando il sole \u00e8 alto nel cielo, ma la situazione inizia a cambiare quando il sole si avvicina all'orizzonte. <\/p>\n

Questa osservazione suggerisce che esiste un sistema di bussole multimodale dinamico, in cui l'interazione tra le due modalit\u00e0 cambia in base alle informazioni sensoriali. In altre parole, il coleottero si orienta a qualsiasi ora del giorno, affidandosi alla fonte di informazione pi\u00f9 affidabile in quel preciso momento (sole basso \u2014 orientamento sole; sole alto \u2014 orientamento vento).<\/p>\n

Successivamente, i ricercatori hanno deciso di verificare se il vento aiuta o meno nell'orientamento degli scarabei. A tal fine, \u00e8 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<\/b>).<\/p>\n

Come previsto, la presenza di vento ha aumentato l'accuratezza nell'orientamento degli scarabei. \u00c8 stato notato che nelle prime osservazioni sull'accuratezza della bussola solare, la variazione dell'azimut tra due tentativi consecutivi raddoppia quando il sole \u00e8 alto nel cielo (> 75\u00b0) rispetto a una posizione pi\u00f9 bassa (<60\u00b0).<\/p>\n

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 velocit\u00e0 e direzione del vento? Certamente, \u00e8 ovvio che ci\u00f2 avviene attraverso i tentacoli. Per confermare ci\u00f2, i ricercatori hanno condotto test in laboratorio con un flusso d'aria costante (3 m\/s) coinvolgendo due gruppi di scarabei \u2014 con e senza antenne (3A<\/b>). <\/p>\n

Immagine n. 3<\/i><\/p>\n

Come criterio principale di accuratezza nell'orientamento \u00e8 stata utilizzata la variazione dell'azimut tra due tentativi con una variazione della direzione del flusso d'aria di 180\u00b0.<\/p>\n

La variazione della direzione di movimento degli scarabei con antenne \u00e8 stata raggruppata attorno a 180\u00b0, a differenza degli scarabei senza antenne. Inoltre, la variazione assoluta media dell'azimut negli scarabei senza antenne \u00e8 stata di 104,4 \u00b1 36,0\u00b0, che differisce notevolmente dalla variazione assoluta negli scarabei con antenne \u2014 141,0 \u00b1 45,0\u00b0 (grafico su 3B<\/b>). Cio\u00e8, gli insetti senza antenne non erano in grado di orientarsi correttamente nel vento. Tuttavia, si orientavano ancora bene grazie al sole.<\/p>\n

Nell'immagine 3A<\/b> \u00c8 stata mostrata l'installazione di un test per verificare la capacit\u00e0 degli insetti di combinare informazioni da diverse modalit\u00e0 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 \u00e8 stata confrontata la multimodalit\u00e0 con l'unimodalit\u00e0.<\/p>\n

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\u00b0: solo vento: \u22128,2 \u00b1 64,3\u00b0; solo sole: 16,5 \u00b1 51,6\u00b0 (grafici al centro e a destra su 3C<\/b>).<\/p>\n

Questa caratteristica di orientamento non differiva da quella ottenuta in presenza di due riferimenti (sole + vento) (grafico a sinistra su 3C<\/b>).<\/p>\n

Ci\u00f2 indica che in condizioni controllate l'insetto pu\u00f2 utilizzare un riferimento se il secondo non fornisce informazioni sufficienti, cio\u00e8 compensare l'inesattezza di un riferimento con un altro. <\/p>\n

Se pensate che gli scienziati si siano fermati qui, non \u00e8 cos\u00ec. Successivamente, \u00e8 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 \u00e8 stato aggiunto il flusso d'aria, mentre nel quarto c'era solo il flusso d'aria. \u00c8 stato condotto anche un test, in cui i riferimenti erano in ordine inverso: vento, sole+vento, sole+vento, sole.<\/p>\n

La teoria preliminare \u00e8 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, cio\u00e8 i cambiamenti nella direzione di movimento dovrebbero raggrupparsi attorno ai 0\u00b0.<\/p>\n

Immagine n. 4<\/p>\n

I dati raccolti sul cambiamento dell'azimut durante il primo e il quarto tentativo hanno confermato l'ipotesi sopra descritta (4A), che \u00e8 stata ulteriormente confermata anche tramite modellazione, i cui risultati sono mostrati nel grafico 4C (a sinistra).<\/p>\n

Come ulteriore verifica, sono stati condotti test in cui il flusso d'aria \u00e8 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.<\/p>\n

Per un approfondimento sulle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a relazione degli scienziati<\/a><\/noindex> e materiali aggiuntivi<\/a><\/noindex> ad essa.<\/p>\n

Epilogo<\/h3>\n

\nIl 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 pi\u00f9 informazioni. L'altro viene utilizzato come riserva o complemento.<\/p>\n

Questo potrebbe sembrare abbastanza comune per noi, ma non dobbiamo dimenticare che il nostro cervello \u00e8 anche molto pi\u00f9 grande di quello di un piccolo coleottero. Tuttavia, come abbiamo capito, anche le creature pi\u00f9 piccole sono capaci di processi mentali complessi, poich\u00e9 nella natura selvaggia la tua sopravvivenza dipende sia dalla forza che dall'intelligenza, e spesso da una combinazione di entrambi.<\/p>\n

Off-topic del venerd\u00ec:<\/b>

\r\n \"Guarda\r\n
<\/div>\r\n <\/div><\/center>
\nAnche i coleotteri lottano per il loro cibo. E non importa che il cibo sia una pallina di letame.
\n(BBC Earth, David Attenborough)<\/i><\/p>\n

Grazie per l'attenzione, rimanete curiosi e buon weekend a tutti, ragazzi! \ud83d\ude42<\/p>\n

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\n
Fonte: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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