GPS עבור חיפושית הזבל: מערכת התמצאות מולטי-מודאלית

יש שאלות ששאלנו או ניסינו לענות עליהן: למה השמיים כחולים, כמה כוכבים יש בשמים, מי חזק יותר - כריש לבן או לוויתן קטלן וכו'. ויש שאלות שלא שאלנו, אבל זה לא הופך את התשובה לפחות מעניינת. שאלות כאלה כוללות את הדברים הבאים: מה כל כך חשוב שילבו מדענים מאוניברסיטאות לונד (שבדיה), ויטוואטרסאנד (דרום אפריקה), שטוקהולם (שבדיה) ווירצבורג (גרמניה)? זה כנראה משהו מאוד חשוב, מאוד מורכב ושימושי להפליא. ובכן, קשה לומר בוודאות על זה, אבל זה בהחלט מעניין מאוד, כלומר איך חיפושיות זבל מנווטות בחלל. במבט ראשון הכל כאן טריוויאלי, אבל העולם שלנו מלא בדברים לא פשוטים כמו שהם נראים, וחיפושיות זבל הן ההוכחה לכך. אז מה כל כך ייחודי במערכת הניווט של חיפושית הזבל, כיצד בדקו אותה מדענים, ומה הקשר לתחרות? תשובות לשאלות אלו ואחרות נמצא בדו"ח קבוצת המחקר. ללכת.

גיבור

קודם כל, כדאי להכיר את הדמות הראשית של המחקר הזה. הוא חזק, חרוץ, מתמיד, חתיך ואכפתי. זוהי חיפושית זבל ממשפחת העל-סקראבאיים.

חיפושיות זבל קיבלו את השם הלא מאוד מושך שלהן בשל העדפותיהן הגסטרונומיות. מצד אחד, זה קצת גס, אבל עבור חיפושית הזבל היא מקור מצוין להזנה, ולכן רוב המינים ממשפחה זו אינם זקוקים למקורות מזון אחרים או אפילו מים. היוצא מן הכלל היחיד הוא המין Deltochilum valgum, שנציגיו אוהבים לחגוג על מרבה רגליים.

השכיחות של חיפושיות הזבל היא קנאתם של רוב היצורים החיים האחרים, שכן הם חיים בכל היבשות מלבד אנטארקטיקה. בית הגידול נע בין יערות קרירים למדבריות חמים. ברור, קל יותר למצוא ריכוזים גדולים של חיפושיות זבל בבתי גידול של בעלי חיים שהם "מפעלים" לייצור מזונם. חיפושיות זבל מעדיפות לאחסן מזון לעתיד.

סרטון קצר על חיפושיות זבל ומורכבות אורח חייהם (BBC, David Attenborough).

למינים שונים של חיפושיות יש מאפייני הסתגלות התנהגותיים משלהם. חלקם יוצרים כדורי זבל, שמגלגלים מאתר האיסוף ונקברים בבור. אחרים חופרים מנהרות מתחת לאדמה וממלאים אותן באוכל. ועוד אחרים, שמכירים את האמרה על מוחמד ואבל, פשוט חיים בערימות של גללים.

אספקת מזון חשובה לחיפושית, אך לא כל כך מסיבות של שימור עצמי, אלא מסיבות של טיפול בצאצאים עתידיים. העובדה היא שזחלי חיפושיות הזבל חיים במה שהורה שלהם אסף קודם לכן. וככל שיש יותר זבל, כלומר מזון לזחלים, כך גדל הסיכוי שהם ישרדו.

נתקלתי בניסוח הזה בתהליך איסוף המידע, והוא לא נשמע טוב במיוחד, במיוחד החלק האחרון:... זכרים נלחמים למען נקבות, מניחים את רגליהם על קירות המנהרה ודוחפים את יריבם בצמחים דמויי קרניים... יש זכרים שאין להם קרניים ולכן אינם עוסקים בלחימה, אלא בעלי גונדות ושמירה גדולים יותר הנקבה במנהרה הבאה...

ובכן, בואו נעבור מהמילים ישירות למחקר עצמו.

כפי שציינתי קודם, חלק מהמינים של חיפושיות זבל יוצרים כדורים ומגלגלים אותם בקו ישר, ללא קשר לאיכות או קושי המסלול הנבחר, לתוך חור אחסון. התנהגות זו של החיפושיות הללו היא שאנו מכירים יותר מכל הודות למספר רב של סרטים תיעודיים. אנחנו גם יודעים שבנוסף לכוח (זנים מסוימים יכולים להרים פי 1000 ממשקלם), העדפות גסטרונומיות וטיפול בצאצאיהם, לחיפושיות הזבל יש אוריינטציה מרחבית מעולה. יתרה מכך, הם החרקים היחידים שמסוגלים לנווט בלילה באמצעות הכוכבים.

בדרום אפריקה (מיקום התצפיות), חיפושית זבל, לאחר שמצאה "טרף", יוצרת כדור ומתחילה לגלגל אותו בקו ישר בכיוון אקראי, והכי חשוב הרחק ממתחרים שלא יהססו לקחת משם. האוכל שהוא השיג. לכן, כדי שהבריחה תהיה יעילה, צריך לנוע כל הזמן באותו כיוון, מבלי לצאת מהמסלול.

השמש היא נקודת ההתייחסות העיקרית, כפי שאנו כבר יודעים, אבל היא לא האמינה ביותר. גובה השמש משתנה במהלך היום, מה שמפחית את דיוק ההתמצאות. למה החיפושיות לא מתחילות לרוץ במעגלים, מתבלבלות בכיוון ובודקות את המפה כל 2 דקות? הגיוני להניח שהשמש אינה מקור המידע היחיד להתמצאות בחלל. ואז מדענים הציעו שנקודת ההתייחסות השנייה לחיפושיות היא הרוח, או יותר נכון הכיוון שלה. זו לא תכונה ייחודית, שכן נמלים ואפילו תיקנים מסוגלים להשתמש ברוח כדי למצוא את דרכן.

בעבודתם החליטו המדענים לבדוק כיצד חיפושיות זבל משתמשות במידע חושי רב-מודאלי זה, מתי הן מעדיפות לנווט לפי השמש ומתי לפי כיוון הרוח, והאם הן משתמשות בשתי האפשרויות בו-זמנית. תצפיות ומדידות בוצעו בסביבתם הטבעית של הנבדקים, וכן בתנאי מעבדה מדומים ומבוקרים.

תוצאות המחקר

במחקר זה, את תפקיד הנושא הראשי מילאה חיפושית מהמין Scarabaeus lamarcki, ותצפיות בסביבה הטבעית בוצעו בשטח חוות סטונהנג', ליד יוהנסבורג (דרום אפריקה).

תמונה מס' 1: שינויים במהירות הרוח במהלך היום (А), שינויים בכיוון הרוח במהלך היום (В).

בוצעו מדידות ראשוניות של מהירות וכיוון הרוח. בלילה, המהירות הייתה הנמוכה ביותר (<0,5 מ' לשנייה), אך עלתה קרוב יותר לעלות השחר, והגיעה לשיא יומי (3 מ' לשנייה) בין 11:00 ל-13:00 (גובה שמש -70 מעלות).

ערכי המהירות בולטים מכיוון שהם חורגים מהסף של 0,15 מ' לשנייה הנדרש להתמצאות מנוטקטית של חיפושיות זבל. במקרה זה, שיא מהירות הרוח עולה בקנה אחד בשעות היום עם שיא הפעילות של החיפושיות Scarabaeus lamarcki.

החיפושיות מגלגלות את טרפן בקו ישר מנקודת האיסוף למרחק גדול למדי. בממוצע, המסלול כולו אורך 6.1 ± 3.8 דקות. לכן, בפרק זמן זה עליהם לעקוב אחר המסלול בצורה מדויקת ככל האפשר.

אם אנחנו מדברים על כיוון הרוח, אז במהלך תקופת הפעילות המרבית של החיפושיות (מ-06:30 עד 18:30), השינוי הממוצע בכיוון הרוח במהלך פרק זמן של 6 דקות הוא לא יותר מ-27.0°.

על ידי שילוב נתונים על מהירות וכיוון הרוח לאורך היום, מדענים מאמינים שתנאי מזג אוויר כאלה מספיקים לניווט מולטי-מודאלי של חיפושיות.

תמונה מס' 2

הגיע הזמן להתבונן. כדי לבדוק את ההשפעה האפשרית של הרוח על מאפייני ההתמצאות המרחבית של חיפושיות הזבל, נוצרה "זירה" מעגלית עם מזון במרכז. החיפושיות היו חופשיות לגלגל את הכדורים שיצרו לכל כיוון מהמרכז בנוכחות זרימת אוויר מבוקרת ויציבה במהירות של 3 מ' לשנייה. בדיקות אלו נערכו בימים בהירים כאשר גובה השמש השתנה לאורך היום באופן הבא: ≥75° (גבוה), 45-60° (אמצע) ו-15-30° (נמוך).

שינויים בזרימת האוויר ובמיקום השמש יכולים להשתנות עד 180° בין שני ביקורים בחיפושית (2А). כדאי לקחת בחשבון גם את העובדה שחיפושיות אינן סובלות מטרשת, ולכן לאחר הביקור הראשון הן זוכרות את המסלול שבחרו. בידיעה זו, המדענים לוקחים בחשבון שינויים בזווית היציאה מהזירה במהלך כניסתה של החיפושית לאחר מכן כאחד האינדיקטורים להצלחת ההתמצאות.

כאשר גובה השמש ≥75° (גבוה), שינויים באזימוט בתגובה לשינוי של 180° בכיוון הרוח בין הסט הראשון והשני התקבצו סביב 180° (P < 0,001, מבחן V) עם שינוי ממוצע של 166.9 ± 79.3 ° (2B). במקרה זה, שינוי במיקום השמש (נעשה שימוש במראה) ב-180° גרם לתגובה עדינה של 13,7 ± 89,1° (עיגול תחתון ב- 2B).

מעניין שבגובה השמש הבינוני והנמוך, החיפושיות דבקו במסלוליהן למרות שינויים בכיוון הרוח - גובה ממוצע: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; גובה נמוך: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). אבל לשינוי כיוון קרני השמש ב-180° הייתה תגובה הפוכה, כלומר שינוי קיצוני בכיוון מסלול החיפושית - גובה ממוצע: 153,9 ± 83,3°; גובה נמוך: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (עיגול נמוך יותר ב 2А, 2S и 2D).

אולי ההתמצאות מושפעת לא מהרוח עצמה, אלא מהריחות. כדי לבדוק זאת, קבוצה שנייה של חיפושיות בדיקה הוסרו את מקטעי האנטנה הרחוקים שלהן, שאחראים לחוש הריח שלהן. שינויים במסלול בתגובה לשינויים של 180° בכיוון הרוח שהציגו חיפושיות אלה עדיין היו מקובצים באופן משמעותי סביב 180°. במילים אחרות, למעשה אין הבדל במידת ההתמצאות בין חיפושיות עם ובלי חוש הריח.

מסקנת ביניים היא שחיפושיות הזבל משתמשות בשמש וברוח בכיוון שלהן. במקרה זה, בתנאי מעבדה מבוקרים, נמצא כי מצפן הרוח שולט על המצפן השמש בגבהים גבוהים של שמש, אך המצב מתחיל להשתנות כאשר השמש מתקרבת לאופק.

תצפית זו מצביעה על כך שקיימת מערכת מצפנים רב-מודאלית דינמית, שבה האינטראקציה בין שני האופנים משתנה בהתאם למידע חושי. כלומר, החיפושית מנווטת בכל שעה ביום, תוך הסתמכות על מקור המידע האמין ביותר באותו רגע מסוים (השמש נמוכה - השמש היא אסמכתא; השמש גבוהה - הרוח היא התייחסות).

לאחר מכן, החליטו המדענים לבדוק האם הרוח עוזרת לכוון את החיפושיות או לא. לצורך כך הוכנה זירה בקוטר 1 מ' ובמרכזה אוכל. בסך הכל, החיפושיות עשו 20 שקיעות במיקום גבוה של השמש: 10 עם רוח ו-10 בלי רוח (2F).

כצפוי, נוכחות הרוח העלתה את דיוק ההתמצאות של החיפושיות. יצוין כי בתצפיות מוקדמות של דיוק מצפן סולארי, השינוי באזימוט בין שתי קבוצות עוקבות מוכפל במיקום שמש גבוה (>75°) בהשוואה למיקום נמוך יותר (<60°).

אז, הבנו שלרוח יש תפקיד חשוב בכיוון של חיפושיות זבל, ומפצה על אי הדיוקים של המצפן הסולארי. אבל איך חיפושית אוספת מידע על מהירות וכיוון הרוח? כמובן, הדבר הברור ביותר הוא שזה קורה דרך האנטנות. כדי לאמת זאת, מדענים ערכו בדיקות בתוך הבית בזרימת אוויר קבועה (3 מ' לשנייה) בהשתתפות שתי קבוצות של חיפושיות - עם ובלי אנטנות (3A).

תמונה מס' 3

הקריטריון העיקרי לדיוק התמצאות היה השינוי באזימוט בין שתי גישות כאשר כיוון זרימת האוויר השתנה ב-180°.

שינויים בכיוון התנועה של חיפושיות עם אנטנות התקבצו סביב 180°, בניגוד לחיפושיות ללא אנטנות. בנוסף, השינוי המוחלט הממוצע באזימוט עבור חיפושיות ללא אנטנות היה 104,4 ± 36,0°, וזה שונה מאוד מהשינוי המוחלט עבור חיפושיות עם אנטנות - 141,0 ± 45,0° (גרף ב 3V). כלומר, חיפושיות ללא אנטנות לא יכלו לנווט כרגיל ברוח. עם זאת, הם עדיין היו מכוונים היטב על ידי השמש.

על התמונה 3А מציג מערך בדיקה לבדיקת יכולת החיפושיות לשלב מידע משיטות תחושתיות שונות כדי להתאים את המסלול שלהן. לשם כך, הבדיקה כללה את שני ציוני הדרך (רוח + שמש) במהלך הגישה הראשונה, או רק נקודת ציון אחת (שמש או רוח) במהלך השנייה. בדרך זו הושוו מולטי-מודאליות ו-unimodality.

תצפיות הראו ששינויים בכיוון התנועה של חיפושיות לאחר המעבר מנקודת ציון רב לא-מודאלית התרכזו סביב 0°: רוח בלבד: −8,2 ± 64,3°; שמש בלבד: 16,5 ± 51,6° (גרפים במרכז ומימין 3C).

מאפיין התמצאות זה לא היה שונה מזה שהתקבל בנוכחות שני ציוני דרך (שמש + רוח) (גרף משמאל ב- 3S).

זה מצביע על כך שבתנאים מבוקרים, חיפושית יכולה להשתמש בנקודת ציון אחת אם השנייה אינה מספקת מידע מספיק, כלומר, לפצות על אי הדיוק של ציון דרך אחד עם השני.

אם אתה חושב שמדענים עצרו שם, אז זה לא כך. לאחר מכן, היה צורך לבדוק עד כמה החיפושיות מאחסנות מידע על אחד מנקודות הציון, והאם הן משתמשות בו בעתיד כתוספת. לשם כך בוצעו 4 גישות: בראשונה הייתה נקודת ציון אחת (השמש), בשניה ובשלישית נוספה זרימת אוויר, וברביעית הייתה זרימת אוויר בלבד. כמו כן נערכה בדיקה שבה ציוני הדרך היו בסדר הפוך: רוח, שמש + רוח, שמש + רוח, שמש.

תיאוריה טנטטיבית היא שאם חיפושיות יכולות לאחסן מידע על שני ציוני הדרך באותו אזור זיכרון מרחבי במוח, אז הן צריכות לשמור על אותו כיוון בביקור הראשון והרביעי, כלומר. שינויים בכיוון התנועה צריכים להתקבץ סביב 0°.

תמונה מס' 4

הנתונים שנאספו על השינוי באזימוט במהלך הריצה הראשונה והרביעית אישרו את ההנחה לעיל (4A), אשר אושרה עוד יותר באמצעות מודלים, שתוצאותיו מתוארות בגרף 4C (משמאל).

כבדיקה נוספת, בוצעו בדיקות שבהן זרימת האוויר התחלפה בנקודה אולטרה סגולה (4B ו-4C מימין). התוצאות היו כמעט זהות למבחני השמש וזרימת האוויר.

להבנה מפורטת יותר של הניואנסים של המחקר, אני ממליץ להסתכל על מדענים מדווחים и חומרים נוספים אליו.

אפילוג

השילוב של תוצאות ניסויים בסביבות טבעיות ומבוקרות כאחד הראה שבחיפושיות זבל, מידע חזותי ומכנו-סנסורי מתכנס ברשת עצבית משותפת ומאוחסן כצילום מצב של מצפן רב-מודאלי. השוואה בין היעילות של שימוש בשמש או ברוח בתור התייחסות הראתה שחיפושיות נטו להשתמש בהתייחסות שסיפקה להן מידע נוסף. השני משמש כחילוף או משלים.

זה אולי נראה לנו כדבר נפוץ מאוד, אבל אל תשכח שהמוח שלנו גדול בהרבה מזה של חרק קטן. אבל, כפי שלמדנו, אפילו היצורים הקטנים ביותר מסוגלים לבצע תהליכים נפשיים מורכבים, שכן בטבע ההישרדות שלכם תלויה בכוח או באינטליגנציה, ולרוב בשילוב של שניהם.

יום שישי מחוץ לראש:

אפילו חיפושיות נלחמות על טרף. וזה לא משנה שהטרף הוא כדור גללים.
(BBC Earth, דיוויד אטנבורו)

תודה שקראתם, תהיו סקרנים וסוף שבוע נהדר חברים! 🙂

תודה שנשארת איתנו. האם אתה אוהב את המאמרים שלנו? רוצים לראות עוד תוכן מעניין? תמכו בנו על ידי ביצוע הזמנה או המלצה לחברים, 30% הנחה למשתמשי Habr על אנלוגי ייחודי של שרתים ברמת הכניסה, שהומצא על ידינו עבורכם: כל האמת על VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ליבות) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps החל מ-$20 או איך לשתף שרת? (זמין עם RAID1 ו-RAID10, עד 24 ליבות ועד 40GB DDR4).

Dell R730xd זול פי 2? רק כאן 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV החל מ-$199 בהולנד! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - החל מ-$99! לקרוא על כיצד לבנות תשתיות קורפ. מחלקה עם שימוש בשרתי Dell R730xd E5-2650 v4 בשווי 9000 יורו עבור אגורה?

מקור: www.habr.com