Yra klausimų, kuriuos uždavėme ar bandėme atsakyti: kodėl dangus mėlynas, kiek danguje žvaigždžių, kas stipresnis – baltasis ryklys ar banginis žudikas ir t.t. Ir yra klausimų, kurių mes neuždavėme, bet dėl to atsakymas netampa mažiau įdomus. Tokie klausimai yra tokie: ką tokio svarbaus sujungė mokslininkai iš Lundo (Švedija), Witwatersrand (Pietų Afrika), Stokholmo (Švedija) ir Viurcburgo (Vokietija) universitetų? Tai tikriausiai yra kažkas labai svarbaus, labai sudėtingo ir neįtikėtinai naudingo. Na, sunku apie tai tiksliai pasakyti, bet tikrai labai įdomu, kaip mėšlo vabalai naršo erdvėje. Iš pirmo žvilgsnio čia viskas banalu, tačiau mūsų pasaulis pilnas dalykų, kurie nėra tokie paprasti, kaip atrodo, o mėšlo vabalai – tai įrodymas. Taigi, kuo unikali mėšlo vabalo navigacijos sistema, kaip mokslininkai ją išbandė ir ką su tuo turi konkurencija? Atsakymus į šiuos ir kitus klausimus rasime tyrimo grupės pranešime. Eik.
Protagonistas
Visų pirma, verta susipažinti su pagrindiniu šio tyrimo veikėju. Jis stiprus, darbštus, atkaklus, gražus ir rūpestingas. Tai mėšlo vabalas iš Scarabaeidae virššeimos.
Mėšlo vabalai gavo ne itin patrauklų pavadinimą dėl savo gastronominių pageidavimų. Viena vertus, tai šiek tiek grubu, tačiau mėšlui tai puikus maistinių medžiagų šaltinis, todėl daugumai šios šeimos rūšių nereikia kitų maisto šaltinių ar net vandens. Vienintelė išimtis yra rūšis Deltochilum valgum, kurios atstovai mėgsta vaišintis šimtakojais.
Mėšlo vabalų paplitimo pavydi dauguma kitų gyvų būtybių, nes jie gyvena visuose žemynuose, išskyrus Antarktidą. Buveinė svyruoja nuo vėsių miškų iki karštų dykumų. Akivaizdu, kad dideles mėšlo vabalų koncentracijas lengviau rasti gyvūnų buveinėse, kurios yra „gamyklos“ jų maistui gaminti. Mėšlo vabalai mieliau kaupia maistą ateičiai.
Trumpas vaizdo įrašas apie mėšlo vabalus ir jų gyvenimo būdo sudėtingumą (BBC, David Attenborough).
Įvairios vabalų rūšys turi savo elgesio prisitaikymo ypatybes. Kai kurie formuoja mėšlo kamuoliukus, kurie suvyniojami iš surinkimo vietos ir užkasami į duobutę. Kiti kasa tunelius po žeme, užpildydami juos maistu. O dar kiti, žinantys posakį apie Mahometą ir sielvartą, tiesiog gyvena mėšlo krūvose.
Maisto atsargos vabalui yra svarbios, bet ne tiek dėl savisaugos, kiek dėl būsimų palikuonių priežiūros. Faktas yra tas, kad mėšlo vabalų lervos gyvena ten, ką jų tėvai surinko anksčiau. Ir kuo daugiau mėšlo, tai yra maisto lervoms, tuo didesnė tikimybė, kad jos išgyvens.
Šią formuluotę aptikau rinkdamas informaciją, ir ji skamba nelabai gerai, ypač paskutinė dalis:... Patinai kovoja dėl patelių, atremdami kojas į tunelio sienas, o oponentą stumdami į ragus panašiomis ataugomis... Kai kurie patinai neturi ragų, todėl nedalyvauja kovose, bet turi didesnes lytines liaukas ir apsaugą. patelė kitame tunelyje...
Na, pereikime nuo dainų tekstų tiesiai prie paties tyrimo.
Kaip jau minėjau anksčiau, kai kurios mėšlo vabalų rūšys formuoja rutuliukus ir tiesia linija, nepriklausomai nuo pasirinkto maršruto kokybės ar sudėtingumo, ridena juos į saugyklą. Būtent toks šių vabalų elgesys mums labiausiai pažįstamas iš daugybės dokumentinių filmų. Taip pat žinome, kad be jėgos (kai kurios rūšys gali pakelti 1000 kartų daugiau už savo svorį), gastronominių pageidavimų ir rūpinimosi palikuonimis, mėšlo vabalai turi puikią erdvinę orientaciją. Be to, jie yra vieninteliai vabzdžiai, kurie gali naršyti naktį naudodami žvaigždes.
Pietų Afrikoje (stebėjimų vieta) mėšlo vabalas, radęs „grobį“, suformuoja rutulį ir pradeda jį ridenti tiesia linija atsitiktine kryptimi, svarbiausia toliau nuo konkurentų, kurie nedvejodami išsineš. maisto, kurį ji gavo. Todėl, kad pabėgimas būtų efektyvus, reikia visą laiką judėti ta pačia kryptimi, nenukrypstant nuo kurso.
Saulė yra pagrindinis atskaitos taškas, kaip jau žinome, tačiau ji nėra pati patikimiausia. Saulės aukštis kinta visą dieną, todėl sumažėja orientacijos tikslumas. Kodėl vabalai nepradeda lakstyti ratu, susipainioti kryptimi ir tikrinti žemėlapį kas 2 minutes? Logiška manyti, kad saulė nėra vienintelis informacijos šaltinis orientuojantis erdvėje. Ir tada mokslininkai pasiūlė, kad antrasis vabalų atskaitos taškas yra vėjas, tiksliau, jo kryptis. Tai nėra unikali savybė, nes skruzdėlės ir net tarakonai gali pasinaudoti vėju, kad surastų kelią.
Savo darbe mokslininkai nusprendė išbandyti, kaip mėšlo vabalai naudoja šią multimodalinę jutiminę informaciją, kada jie nori naršyti pagal saulę, o kada pagal vėjo kryptį ir ar naudoja abi parinktis vienu metu. Stebėjimai ir matavimai buvo atliekami tiriamųjų natūralioje aplinkoje, taip pat imituojamose, kontroliuojamose laboratorinėse sąlygose.
Tyrimo rezultatai
Šiame tyrime pagrindinio tiriamojo vaidmenį atliko rūšies vabalas Scarabaeus lamarcki, o stebėjimai natūralioje aplinkoje buvo atlikti Stounhendžo ūkio teritorijoje, netoli Johanesburgo (Pietų Afrika).
Vaizdas Nr. 1: vėjo greičio pokyčiai dienos metu (А), vėjo krypties pokyčiai dienos metu (В).
Buvo atlikti preliminarūs vėjo greičio ir krypties matavimai. Naktį greitis buvo mažiausias (<0,5 m/s), bet didėjo arčiau aušros, paros piką (3 m/s) pasiekęs tarp 11:00 ir 13:00 (saulės aukštis ~70°).
Greičio vertės pastebimos, nes viršija 0,15 m/s ribą, reikalingą mėšlo vabalų menotaksinei orientacijai. Šiuo atveju didžiausias vėjo greitis paros metu sutampa su didžiausiu vabalų aktyvumu Scarabaeus lamarcki.
Vabalai savo grobį ridena tiesia linija nuo surinkimo vietos iki gana didelio atstumo. Vidutiniškai visas maršrutas trunka 6.1 ± 3.8 minutės. Todėl per šį laikotarpį jie turi kuo tiksliau laikytis maršruto.
Jei kalbėtume apie vėjo kryptį, tai didžiausio vabalų aktyvumo laikotarpiu (nuo 06:30 iki 18:30) vidutinis vėjo krypties pokytis per 6 minučių laikotarpį yra ne didesnis kaip 27.0°.
Derindami duomenis apie vėjo greitį ir kryptį visos dienos metu, mokslininkai mano, kad tokių oro sąlygų pakanka multimodalinei vabalų navigacijai.
2 vaizdas
Atėjo laikas stebėti. Norint patikrinti galimą vėjo įtaką mėšlo vabalų erdvinės orientacijos savybėms, buvo sukurta apskrita „arena“, kurios centre buvo maistas. Vabalai galėjo laisvai ridenti savo suformuotus kamuoliukus bet kuria kryptimi nuo centro, esant kontroliuojamam, stabiliam oro srautui 3 m/s greičiu. Šie bandymai buvo atlikti giedromis dienomis, kai saulės aukštis per dieną svyravo taip: ≥75° (aukštas), 45–60° (vidutinis) ir 15–30° (žemas).
Oro srauto ir saulės padėties pokyčiai gali pasikeisti iki 180° tarp dviejų vabalo apsilankymų (2А). Verta atsižvelgti ir į tai, kad vabalai neserga skleroze, todėl jau po pirmo apsilankymo prisimena pasirinktą maršrutą. Tai žinodami, mokslininkai atsižvelgia į išėjimo iš arenos kampo pokyčius vėlesnio vabalo įėjimo metu kaip į vieną iš orientavimosi sėkmės rodiklių.
Kai saulės aukštis ≥75° (didelis), azimuto pokyčiai, reaguojant į 180° vėjo krypties pasikeitimą tarp pirmojo ir antrojo rinkinio, buvo sutelkti apie 180° (P < 0,001, V testas), o vidutinis pokytis buvo 166.9 ± 79.3 ° (2B). Šiuo atveju saulės padėties pasikeitimas (naudojamas veidrodis) 180° sukėlė subtilią 13,7 ± 89,1° reakciją (apatinis apskritimas įjungtas 2B).
Įdomu tai, kad vidutiniame ir žemame saulės aukštyje vabalai įstrigo į savo maršrutus nepaisydami vėjo krypties pokyčių – vidutinis aukštis virš jūros lygio: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; mažas aukštis: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Bet saulės spindulių krypties pakeitimas 180° turėjo priešingą reakciją, tai yra radikaliai pasikeitė vabalo maršruto kryptis – vidutinis aukštis: 153,9 ± 83,3°; mažas aukštis: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (apatiniai apskritimai 2А, 2S и 2D).
Galbūt orientacijai įtakos turi ne pats vėjas, o kvapai. Norėdami tai patikrinti, antrajai bandomųjų vabalų grupei buvo pašalinti distaliniai anteniniai segmentai, atsakingi už jų uoslę. Maršruto pokyčiai, reaguojant į 180° vėjo krypties pokyčius, kuriuos demonstravo šie vabalai, vis dar buvo reikšmingai susitelkę apie 180°. Kitaip tariant, tarp vabalų, turinčių uoslę ir be jo, orientacijos laipsnis praktiškai nesiskiria.
Tarpinė išvada yra ta, kad mėšlo vabalai orientuodamiesi naudoja saulę ir vėją. Šiuo atveju, kontroliuojamomis laboratorinėmis sąlygomis, buvo nustatyta, kad vėjo kompasas dominuoja prieš saulės kompasą dideliame saulės aukštyje, tačiau situacija pradeda keistis saulei priartėjus prie horizonto.
Šis stebėjimas rodo, kad yra dinamiška multimodalinė kompaso sistema, kurioje abiejų modalumo sąveika keičiasi pagal jutiminę informaciją. Tai yra, vabalas naršo bet kuriuo paros metu, pasikliaudamas šiuo konkrečiu momentu patikimiausiu informacijos šaltiniu (saulė žemai - saulė yra nuoroda; saulė aukštai - vėjas yra nuoroda).
Tada mokslininkai nusprendė patikrinti, ar vėjas padeda orientuotis vabalams, ar ne. Tam buvo paruošta 1 m skersmens arena su maistu centre. Iš viso vabalai padarė 20 saulėlydžių aukštoje saulės vietoje: 10 su vėju ir 10 be vėjo (2F).
Kaip ir tikėtasi, vėjas padidino vabalų orientacijos tikslumą. Pažymima, kad ankstyvuose saulės kompaso tikslumo stebėjimuose azimuto pokytis tarp dviejų iš eilės einančių aibių padvigubėja esant aukštai saulės padėčiai (>75°), palyginti su žemesne padėtimi (<60°).
Taigi, supratome, kad vėjas vaidina svarbų vaidmenį orientuojantis mėšlo vabalams, kompensuodamas saulės kompaso netikslumus. Bet kaip vabalas renka informaciją apie vėjo greitį ir kryptį? Žinoma, akivaizdžiausia, kad tai vyksta per antenas. Norėdami tai patikrinti, mokslininkai atliko bandymus patalpose esant pastoviam oro srautui (3 m/s), dalyvaujant dviem vabalų grupėms – su antenomis ir be jų (3A).
3 vaizdas
Pagrindinis orientacijos tikslumo kriterijus buvo azimuto pokytis tarp dviejų artėjimų, kai oro srauto kryptis pasikeičia 180°.
Vabalų su antenomis judėjimo krypties pokyčiai buvo sutelkti apie 180°, priešingai nei vabalai be antenų. Be to, vidutinis absoliutus azimuto pokytis vabalams be antenų buvo 104,4 ± 36,0°, o tai labai skiriasi nuo absoliutaus pokyčio vabalams su antenomis – 141,0 ± 45,0° (grafikas 3V). Tai yra, vabalai be antenų negalėjo normaliai naršyti vėjyje. Tačiau jie vis tiek gerai orientavosi saulėje.
Vaizde 3А rodoma bandymo sąranka, skirta išbandyti vabalų gebėjimą derinti informaciją iš skirtingų jutimo būdų, kad būtų galima pakoreguoti savo maršrutą. Norėdami tai padaryti, bandymas apėmė abu orientyrus (vėjas + saulė) per pirmąjį artėjimą arba tik vieną orientyrą (saulė arba vėjas) per antrąjį. Tokiu būdu buvo lyginamas multimodalumas ir unimodalumas.
Stebėjimai parodė, kad vabalų judėjimo krypties pokyčiai po perėjimo iš daugiarūšio į unimodalinį orientyrą buvo sutelkti apie 0°: tik vėjas: −8,2 ± 64,3°; tik saulė: 16,5 ± 51,6° (grafikai centre ir dešinėje 3C).
Ši orientacijos charakteristika nesiskyrė nuo tos, kuri buvo gauta esant dviem (saulė + vėjas) orientyrams (grafikas kairėje 3S).
Tai rodo, kad kontroliuojamomis sąlygomis vabalas gali naudoti vieną orientyrą, jei antrasis nepateikia pakankamai informacijos, tai yra kompensuoti vieno orientyro netikslumą antruoju.
Jei manote, kad mokslininkai sustojo, tai ne taip. Toliau reikėjo pasitikrinti, kaip vabalai saugo informaciją apie vieną iš orientyrų ir ar ateityje naudos ją kaip priedą. Tam buvo atlikti 4 privažiavimai: pirmame buvo 1 orientyras (saulė), antrame ir trečiame buvo pridėtas oro srautas, o per ketvirtą buvo tik oro srautas. Taip pat buvo atliktas bandymas, kuriame orientyrai buvo išdėstyti atvirkštine tvarka: vėjas, saulė + vėjas, saulė + vėjas, saulė.
Preliminari teorija teigia, kad jei vabalai gali saugoti informaciją apie abu orientyrus tame pačiame smegenų erdvinės atminties regione, tai pirmojo ir ketvirtojo apsilankymo metu jie turėtų išlaikyti tą pačią kryptį, t.y. judėjimo krypties pokyčiai turėtų susikaupti apie 0°.
4 vaizdas
Surinkti duomenys apie azimuto pokytį per pirmąjį ir ketvirtąjį važiavimą patvirtino aukščiau pateiktą prielaidą (4A), kuri dar labiau patvirtinta modeliuojant, kurio rezultatai pavaizduoti 4C diagramoje (kairėje).
Kaip papildoma patikra buvo atlikti bandymai, kur oro srautas buvo pakeistas ultravioletine dėmė (4B ir 4C dešinėje). Rezultatai buvo beveik identiški saulės ir oro srauto bandymams.
Išsamiau susipažinti su tyrimo niuansais rekomenduoju pažiūrėti и jam.
Epilogas
Eksperimentų tiek natūralioje, tiek kontroliuojamoje aplinkoje rezultatų derinys parodė, kad mėšlo vabaluose vaizdinė ir mechanosensorinė informacija susilieja bendrame neuroniniame tinkle ir yra saugoma kaip multimodalinio kompaso momentinė nuotrauka. Palyginus saulės arba vėjo naudojimo kaip atskaitos tašką veiksmingumą, vabalai buvo linkę naudoti nuorodą, kuri jiems suteikė daugiau informacijos. Antrasis naudojamas kaip atsarginis arba papildomas.
Mums tai gali atrodyti labai įprastas dalykas, tačiau nepamirškite, kad mūsų smegenys yra daug didesnės nei mažos klaidos. Tačiau, kaip mes sužinojome, net ir mažiausi tvariniai gali atlikti sudėtingus psichinius procesus, nes laukinėje gamtoje jūsų išlikimas priklauso nuo jėgos arba nuo intelekto, o dažniausiai nuo abiejų derinio.
Penktadienio laisvalaikis:
Net vabalai kovoja dėl grobio. Ir nesvarbu, kad grobis yra mėšlo kamuolys.
(BBC Žemė, Davidas Attenboroughas)
Ačiū, kad skaitėte, būkite smalsūs ir gero savaitgalio vaikinai! 🙂
Dėkojame, kad likote su mumis. Ar jums patinka mūsų straipsniai? Norite pamatyti įdomesnio turinio? Palaikykite mus pateikdami užsakymą ar rekomenduodami draugams, 30% nuolaida Habr vartotojams unikaliam pradinio lygio serverių analogui, kurį mes sugalvojome jums: (galima su RAID1 ir RAID10, iki 24 branduolių ir iki 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 kartus pigiau? Tik čia Olandijoje! „Dell R420“ – 2 x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gbps 100 TB – nuo 99 USD! Skaityti apie
Šaltinis: www.habr.com