ProHoster > Blogs > interneta ziņas > GPS mēslu vabolei: multimodāla orientācijas sistēma

GPS mēslu vabolei: multimodāla orientācijas sistēma

Ir jautājumi, kurus uzdevām vai mēģinājām atbildēt: kāpēc debesis ir zilas, cik zvaigžņu debesÄ«s, kurÅ” ir stiprāks - baltā haizivs vai zobenvalis utt. Un ir jautājumi, kurus mēs neuzdevām, bet tas nepadara atbildi mazāk interesantu. Šādi jautājumi ir Ŕādi: ko tik svarÄ«gu apvienoja zinātnieki no Lundas (Zviedrija), Vitvotersrandas (Dienvidāfrika), Stokholmas (Zviedrija) un Vircburgas (Vācija) universitātēm? Tas, iespējams, ir kaut kas ļoti svarÄ«gs, ļoti sarežģīts un neticami noderÄ«gs. Nu, par to ir grÅ«ti pateikt precÄ«zi, bet tas noteikti ir ļoti interesanti, proti, kā mēslu vaboles pārvietojas kosmosā. No pirmā acu uzmetiena Å”eit viss ir triviāls, taču mÅ«su pasaule ir pilna ar lietām, kas nav tik vienkārÅ”as, kā Ŕķiet, un mēslu vaboles tam ir pierādÄ«jums. Tātad, kas ir tik unikāls mēslu vaboles navigācijas sistēmā, kā zinātnieki to pārbaudÄ«ja un kāds ar to ir saistÄ«ts ar konkurenci? Uz Å”iem un citiem jautājumiem atbildes atradÄ«sim pētnieku grupas ziņojumā. Aiziet.

Varonis

Pirmkārt, ir vērts iepazÄ«t Ŕī pētÄ«juma galveno varoni. ViņŔ ir spēcÄ«gs, strādÄ«gs, neatlaidÄ«gs, izskatÄ«gs un gādÄ«gs. Tā ir mēslu vabole no Scarabaeidae virsdzimtas.

Mēslu vaboles ieguva savu ne pārāk pievilcÄ«go nosaukumu, pateicoties savām gastronomiskajām vēlmēm. No vienas puses, tas ir nedaudz rupji, bet mēslu vabolei tas ir lielisks barÄ«bas vielu avots, tāpēc lielākajai daļai Ŕīs dzimtas sugu nav nepiecieÅ”ami citi barÄ«bas avoti vai pat Å«dens. VienÄ«gais izņēmums ir suga Deltochilum valgum, kuras pārstāvji ļoti mÄ«l mieloties ar simtkājiem.

Mēslu vaboļu izplatÄ«bu apskauž lielākā daļa citu dzÄ«vo radÄ«bu, jo tās dzÄ«vo visos kontinentos, izņemot AntarktÄ«du. Biotops svārstās no vēsiem mežiem lÄ«dz karstiem tuksneÅ”iem. AcÄ«mredzot ir vieglāk atrast lielu mēslu vaboļu koncentrāciju dzÄ«vnieku dzÄ«votnēs, kas ir ā€œrÅ«pnÄ«casā€ viņu barÄ«bas ražoÅ”anai. Mēslu vaboles dod priekÅ”roku pārtikas uzglabāŔanai nākotnei.


ÄŖss video par mēslu vabolēm un to dzÄ«vesveida sarežģījumiem (BBC, David Attenborough).

Dažādām vaboļu sugām ir savas uzvedÄ«bas adaptācijas Ä«paŔības. Daži veido kÅ«tsmēslu bumbiņas, kuras tiek izritinātas no savākÅ”anas vietas un apraktas bedrē. Citi rok tuneļus pazemē, piepildot tos ar pārtiku. Un vēl citi, kas zina teicienu par Muhamedu un bēdām, vienkārÅ”i dzÄ«vo mēslu kaudzēs.

BarÄ«bas krājumi vabolei ir svarÄ«gi, taču ne tik daudz paÅ”saglabāŔanās, bet gan nākotnes pēcnācēju kopÅ”anas nolÅ«kos. Fakts ir tāds, ka mēslu vaboļu kāpuri dzÄ«vo tajā, ko viņu vecāki savāca agrāk. Un jo vairāk kÅ«tsmēslu, tas ir, barÄ«bas kāpuriem, jo ā€‹ā€‹lielāka iespēja, ka tie izdzÄ«vos.

Es sastapos ar Å”o formulējumu informācijas vākÅ”anas procesā, un tas neizklausās Ä«paÅ”i labi, it Ä«paÅ”i pēdējā daļa:... Tēviņi cÄ«nās par mātÄ«tēm, atspiežot kājas pret tuneļa sienām, un spiežot pretinieku ar ragveida izaugumiem ... Dažiem tēviņiem nav ragu un tāpēc viņi neiesaistās kaujā, bet ir lielāki dzimumdziedzeri un aizsargs. sieviete nākamajā tunelÄ« ...

Nu, pāriesim no dziesmu tekstiem tieÅ”i uz paÅ”u pētÄ«jumu.

Kā jau minēju iepriekÅ”, dažas mēslu vaboļu sugas veido bumbiņas un ripina tās taisnā lÄ«nijā, neatkarÄ«gi no izvēlētā marÅ”ruta kvalitātes vai sarežģītÄ«bas, uzglabāŔanas bedrē. Pateicoties daudzām dokumentālajām filmām, mēs vislabāk pazÄ«stam Å”o vaboļu uzvedÄ«bu. Mēs arÄ« zinām, ka papildus spēkam (dažas sugas spēj pacelt 1000 reižu lielāku svaru), gastronomiskām vēlmēm un rÅ«pēm par pēcnācējiem mēslu vabolēm ir lieliska telpiskā orientācija. Turklāt tie ir vienÄ«gie kukaiņi, kas spēj pārvietoties naktÄ«, izmantojot zvaigznes.

Dienvidāfrikā (novērojumu atraÅ”anās vieta) mēslu vabole, atradusi ā€œlaupÄ«jumuā€, izveido bumbu un sāk to ripot taisnā lÄ«nijā nejauŔā virzienā, vissvarÄ«gāk prom no konkurentiem, kuri nevilcināsies aizvest. pārtika, ko tā ieguvusi. Tāpēc, lai bēgÅ”ana bÅ«tu efektÄ«va, jums visu laiku jāpārvietojas vienā virzienā, nenovirzoties no kursa.

Saule ir galvenais atskaites punkts, kā mēs jau zinām, taču tas nav visuzticamākais. Saules augstums mainās visas dienas garumā, kas samazina orientācijas precizitāti. Kāpēc vaboles nesāk skriet pa apli, apmulst virzienā un ik pēc 2 minÅ«tēm pārbaudÄ«t karti? Ir loÄ£iski pieņemt, ka saule nav vienÄ«gais informācijas avots, lai orientētos kosmosā. Un tad zinātnieki ierosināja, ka otrais atskaites punkts vabolēm ir vējÅ” vai drÄ«zāk tā virziens. Tā nav unikāla iezÄ«me, jo skudras un pat tarakāni spēj izmantot vēju, lai atrastu ceļu.

Savā darbā zinātnieki nolēma pārbaudÄ«t, kā mēslu vaboles izmanto Å”o multimodālo sensoro informāciju, kad viņi dod priekÅ”roku navigācijai pēc saules un kad vēja virziena, un vai viņi izmanto abas iespējas vienlaikus. Novērojumi un mērÄ«jumi tika veikti subjektu dabiskajā vidē, kā arÄ« simulētos, kontrolētos laboratorijas apstākļos.

Pētījuma rezultāti

Šajā pētījumā galvenā subjekta lomu spēlēja sugas vabole Scarabaeus lamarcki, un novērojumi dabiskajā vidē tika veikti Stounhendžas fermas teritorijā, netālu no Johannesburgas (Dienvidāfrika).

Attēls Nr. 1: vēja ātruma izmaiņas dienas laikā (Š), vēja virziena izmaiņas dienas laikā (Š’).

Tika veikti iepriekŔējie vēja ātruma un virziena mērÄ«jumi. NaktÄ« ātrums bija mazākais (<0,5 m/s), bet pieauga tuvāk rÄ«tausmai, sasniedzot diennakts maksimumu (3 m/s) laikā no 11:00 lÄ«dz 13:00 (saules augstums ~70Ā°).

Ātruma vērtÄ«bas ir ievērojamas, jo tās pārsniedz 0,15 m/s slieksni, kas nepiecieÅ”ams mēslu vaboļu menotaktiskajai orientācijai. Å ajā gadÄ«jumā maksimālais vēja ātrums sakrÄ«t diennakts laikā ar vaboļu aktivitātes maksimumu Scarabaeus lamarcki.

Vaboles ripina savu upuri taisnā lÄ«nijā no savākÅ”anas vietas lÄ«dz diezgan lielam attālumam. Vidēji viss marÅ”ruts aizņem 6.1 Ā± 3.8 minÅ«tes. Tāpēc Å”ajā laika posmā viņiem pēc iespējas precÄ«zāk jāievēro marÅ”ruts.

Ja runājam par vēja virzienu, tad vaboļu maksimālās aktivitātes periodā (no 06:30 lÄ«dz 18:30) vidējā vēja virziena maiņa 6 minÅ«Å”u laikā nav lielāka par 27.0Ā°.

Apvienojot datus par vēja ātrumu un virzienu visas dienas garumā, zinātnieki uzskata, ka Ŕādi laika apstākļi ir pietiekami multimodālai vaboļu navigācijai.

2. attēls

Ir pienācis laiks novērot. Lai pārbaudÄ«tu vēja iespējamo ietekmi uz mēslu vaboļu telpiskās orientācijas Ä«paŔībām, tika izveidota apļveida ā€œarēnaā€ ar barÄ«bu centrā. Vaboles varēja brÄ«vi ripināt izveidotās bumbiņas jebkurā virzienā no centra kontrolētas, stabilas gaisa plÅ«smas klātbÅ«tnē ar ātrumu 3 m/s. Å ie testi tika veikti skaidrās dienās, kad saules augstums visas dienas garumā mainÄ«jās Ŕādi: ā‰„75Ā° (augsts), 45ā€“60Ā° (vidēji) un 15ā€“30Ā° (zems).

Gaisa plÅ«smas un saules stāvokļa izmaiņas var mainÄ«ties lÄ«dz pat 180Ā° starp diviem vaboles apmeklējumiem (2Š). Jāņem vērā arÄ« tas, ka vaboles neslimo ar sklerozi un tāpēc jau pēc pirmās vizÄ«tes atceras izvēlēto marÅ”rutu. To zinot, zinātnieki kā vienu no orientÄ“Å”anās panākumu rādÄ«tājiem ņem vērā izmaiņas arēnas izejas leņķī turpmākās vaboles ienākÅ”anas laikā.

Kad saules augstums ir ā‰„75Ā° (augsts), azimuta izmaiņas, reaģējot uz vēja virziena maiņu par 180Ā° starp pirmo un otro komplektu, tika grupētas ap 180Ā° (P < 0,001, V tests) ar vidējo izmaiņu 166.9 Ā± 79.3 Ā° (2B). Å ajā gadÄ«jumā saules stāvokļa maiņa (izmantots spogulis) par 180Ā° izraisÄ«ja smalku reakciju 13,7 Ā± 89,1Ā° (apakŔējais aplis ieslēgts 2B).

Interesanti, ka vidējā un zemā saules augstumā vaboles pieturējās pie saviem marÅ”rutiem, neskatoties uz vēja virziena izmaiņām - vidējais augstums: -15,9 Ā± 40,2Ā°; P < 0,001; mazs augstums: 7,1 Ā± 37,6Ā°, P < 0,001 (2C Šø 2D). Bet, mainot saules staru virzienu par 180Ā°, radās pretēja reakcija, tas ir, radikāli mainÄ«jās vaboles marÅ”ruta virziens - vidējais augstums: 153,9 Ā± 83,3Ā°; mazs augstums: āˆ’162 Ā± 69,4Ā°; P < 0,001 (apakŔējie apļi iekŔā 2Š, 2S Šø 2D).

VarbÅ«t orientāciju ietekmē nevis pats vējÅ”, bet gan smaržas. Lai to pārbaudÄ«tu, otrai testa vaboļu grupai tika noņemti distālie antenas segmenti, kas ir atbildÄ«gi par ožu. MarÅ”ruta izmaiņas, reaģējot uz 180Ā° vēja virziena izmaiņām, ko demonstrēja Ŕīs vaboles, joprojām bija ievērojami sagrupētas ap 180Ā°. Citiem vārdiem sakot, orientācijas pakāpē praktiski nav atŔķirÄ«bu starp vabolēm ar ožu un bez tās.

Starpsecinājums ir tāds, ka mēslu vaboles savā orientācijā izmanto sauli un vēju. Šajā gadījumā kontrolētos laboratorijas apstākļos tika konstatēts, ka vēja kompass dominē pār Saules kompasu lielā saules augstumā, bet situācija sāk mainīties, kad saule tuvojas horizontam.

Å is novērojums norāda, ka pastāv dinamiska multimodāla kompasa sistēma, kurā mijiedarbÄ«ba starp abām modalitātēm mainās atkarÄ«bā no sensorās informācijas. Tas ir, vabole pārvietojas jebkurā diennakts laikā, paļaujoties uz visuzticamāko informācijas avotu konkrētajā brÄ«dÄ« (saule ir zemu - saule ir atsauce; saule ir augstu - vējÅ” ir atsauce).

Pēc tam zinātnieki nolēma pārbaudÄ«t, vai vējÅ” palÄ«dz vabolēm orientēties vai nē. Å im nolÅ«kam tika sagatavota arēna ar 1 m diametru ar ēdienu centrā. Pavisam vaboles 20 saulrietus radÄ«ja augstā saules pozÄ«cijā: 10 ar vēju un 10 bezvēja (2F).

Kā gaidÄ«ts, vēja klātbÅ«tne palielināja vaboļu orientācijas precizitāti. Tiek atzÄ«mēts, ka agrÄ«nos Saules kompasa precizitātes novērojumos azimuta izmaiņas starp divām secÄ«gām kopām tiek dubultotas augstā saules pozÄ«cijā (> 75 Ā°), salÄ«dzinot ar zemāku pozÄ«ciju (<60 Ā°).

Tātad, mēs sapratām, ka vējam ir liela nozīme mēslu vaboļu orientācijā, kompensējot saules kompasa neprecizitātes. Bet kā vabole ievāc informāciju par vēja ātrumu un virzienu? Protams, visredzamākais ir tas, ka tas notiek caur antenām. Lai to pārbaudītu, zinātnieki veica testus telpās pie nemainīgas gaisa plūsmas (3 m/s), piedaloties divām vaboļu grupām - ar un bez antenām (3A).

3. attēls

Galvenais orientācijas precizitātes kritērijs bija azimuta maiņa starp divām pieejām, kad gaisa plÅ«smas virziens mainÄ«jās par 180Ā°.

Vaboļu ar antenām kustÄ«bas virziena izmaiņas bija sagrupētas ap 180Ā°, atŔķirÄ«bā no vabolēm bez antenām. Turklāt vidējās absolÅ«tās azimuta izmaiņas vabolēm bez antenām bija 104,4 Ā± 36,0Ā°, kas ļoti atŔķiras no absolÅ«tajām izmaiņām vabolēm ar antenām - 141,0 Ā± 45,0Ā° (grafiks 3V). Tas ir, vaboles bez antenām nevarēja normāli pārvietoties vējā. Tomēr viņi joprojām spēja labi orientēties saulē.

Uz attēla 3Š parāda testa iestatÄ«jumu, lai pārbaudÄ«tu vaboļu spēju apvienot informāciju no dažādām maņu modalitātēm, lai pielāgotu savu marÅ”rutu. Lai to izdarÄ«tu, testā tika iekļauti abi orientieri (vējÅ” + saule) pirmajā piegājienā vai tikai viens orientieris (saule vai vējÅ”) otrajā. Tādā veidā tika salÄ«dzināta multimodalitāte un unimodalitāte.

Novērojumi liecināja, ka vaboļu kustÄ«bas virziena izmaiņas pēc pārejas no multi-uz unimodālu orientieri koncentrējās ap 0Ā°: tikai vējÅ”: āˆ’8,2 Ā± 64,3Ā°; tikai saule: 16,5 Ā± 51,6Ā° (grafiki centrā un pa labi 3C).

Å is orientācijas raksturlielums neatŔķīrās no tā, kas tika iegÅ«ts divu (saule + vējÅ”) orientieru klātbÅ«tnē (grafiks kreisajā pusē 3S).

Tas liek domāt, ka kontrolētos apstākļos vabole var izmantot vienu orientieri, ja otrais nesniedz pietiekamu informāciju, tas ir, kompensē viena orientiera neprecizitāti ar otro.

Ja jÅ«s domājat, ka zinātnieki tur apstājās, tad tas tā nav. Turpinājumā bija jāpārbauda, ā€‹ā€‹cik labi vaboles glabā informāciju par kādu no orientieriem un vai izmanto to turpmāk kā papildinājumu. Å im nolÅ«kam tika veiktas 4 pieejas: pirmajā bija 1 orientieris (saule), otrajā un treÅ”ajā tika pievienota gaisa plÅ«sma, bet ceturtajā bija tikai gaisa plÅ«sma. Tika veikts arÄ« tests, kur orientieri bija apgrieztā secÄ«bā: vējÅ”, saule + vējÅ”, saule + vējÅ”, saule.

Provizoriska teorija ir tāda, ka, ja vaboles var uzglabāt informāciju par abiem orientieriem vienā un tajā paŔā telpiskās atmiņas reÄ£ionā smadzenēs, tad pirmajā un ceturtajā apmeklējumā tām vajadzētu saglabāt vienu un to paÅ”u virzienu, t.i. kustÄ«bas virziena izmaiņām vajadzētu apvienoties ap 0Ā°.

4. attēls

Apkopotie dati par azimuta izmaiņām pirmajā un ceturtajā piegājienā apstiprināja iepriekÅ” minēto pieņēmumu (4A), ko vēl vairāk apstiprināja modelÄ“Å”ana, kuras rezultāti ir attēloti grafikā 4C (pa kreisi).

Kā papildu pārbaude tika veikti testi, kur gaisa plūsma tika aizstāta ar ultravioleto plankumu (4B un 4C labajā pusē). Rezultāti bija gandrīz identiski saules un gaisa plūsmas testiem.

Detalizētākai iepazÄ«Å”anai ar pētÄ«juma niansēm iesaku aplÅ«kot ziņo zinātnieki Šø Papildu materiāli viņam.

Epilogs

Eksperimentu rezultātu kombinācija gan dabiskā, gan kontrolētā vidē parādÄ«ja, ka mēslu vabolēs vizuālā un mehanosensorā informācija saplÅ«st kopējā neironu tÄ«klā un tiek saglabāta kā multimodāla kompasa momentuzņēmums. Saules vai vēja kā atsauces izmantoÅ”anas efektivitātes salÄ«dzinājums parādÄ«ja, ka vaboles mēdza izmantot atsauci, kas tām sniedza vairāk informācijas. Otrais tiek izmantots kā rezerves vai papildu.

Mums tas var Ŕķist ļoti izplatÄ«ta parādÄ«ba, taču neaizmirstiet, ka mÅ«su smadzenes ir daudz lielākas nekā nelielas kļūdas smadzenes. Bet, kā mēs uzzinājām, pat vismazākās radÄ«bas spēj veikt sarežģītus garÄ«gos procesus, jo savvaļā jÅ«su izdzÄ«voÅ”ana ir atkarÄ«ga vai nu no spēka, vai saprāta, un visbiežāk no abu kombinācijas.

Piektdienas izlaidums:


Pat vaboles cīnās par laupījumu. Un tas nav svarīgi, ka upuris ir mēslu bumba.
(BBC Earth, Deivids Attenboro)

Paldies, ka lasÄ«jāt, esiet zinātkārs un lai jums lieliska nedēļas nogale, puiÅ”i! šŸ™‚

Paldies, ka palikāt kopā ar mums. Vai jums patīk mūsu raksti? Vai vēlaties redzēt interesantāku saturu? Atbalsti mūs, pasūtot vai iesakot draugiem, 30% atlaide Habr lietotājiem unikālam sākuma līmeņa serveru analogam, ko mēs jums izgudrojām: Visa patiesība par VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 kodoli) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps no 20$ vai kā koplietot serveri? (pieejams ar RAID1 un RAID10, līdz 24 kodoliem un līdz 40 GB DDR4).

Dell R730xd 2 reizes lētāk? Tikai Å”eit 2x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV no 199$ NÄ«derlandē! Dell R420 ā€” 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbps 100 TB ā€” no 99 USD! LasÄ«t par Kā izveidot infrastruktÅ«ras uzņēmumu klase ar Dell R730xd E5-2650 v4 serveru izmantoÅ”anu 9000 eiro par santÄ«mu?

Avots: www.habr.com

Pievieno komentāru