Er zijn vragen die we hebben gesteld of geprobeerd te beantwoorden: waarom is de lucht blauw, hoeveel sterren zijn er aan de hemel, wie is sterker - de witte haai of de orka, enzovoort. Maar er zijn ook vragen die we niet hebben gesteld, maar waarvan het antwoord niet minder interessant is. Een van deze vragen betreft iets belangrijks dat wetenschappers van de universiteiten van Lund (Zweden), Witwatersrand (Zuid-Afrika), Stockholm (Zweden) en Würzburg (Duitsland) samen hebben besloten te onderzoeken. Het moet wel iets heel belangrijks, heel ingewikkelds en ongelooflijk nuttigs zijn. Nou, het is moeilijk om daar met zekerheid iets over te zeggen, maar het is zeker fascinerend, namelijk - hoe mestkevers zich in de ruimte oriënteren. Op het eerste gezicht lijkt dit triviaal, maar onze wereld zit vol dingen die niet zo eenvoudig zijn als ze lijken en mestkevers zijn daar het bewijs van. Dus wat is er uniek aan het navigatiesysteem van de mestkever, hoe hebben wetenschappers dit onderzocht en wat heeft concurrentie hiermee te maken? Op deze en andere vragen zullen we antwoorden vinden in het rapport van de onderzoeksgroep. Laten we beginnen.
Hoofdpersoon
Laten we eerst kennismaken met de hoofdpersoon van dit onderzoek. Hij is sterk, hardwerkend, volhardend, mooi en zorgzaam. Hij is een mestkever uit de superfamilie Scarabaeoidea.
Mestkevers hebben hun niet zo aantrekkelijke naam te danken aan hun gastronomische voorkeuren. Aan de ene kant is dat een beetje walgelijk, maar voor de mestkever is het een uitstekende bron van voedingsstoffen, waardoor de meeste soorten in deze familie geen andere voedselbronnen en zelfs geen water nodig hebben. De enige uitzondering is de soort Deltochilum valgum, waarvan de leden graag milies eten.
De veelzijdigheid van mestkevers kan de meeste andere levende wezens benijden, aangezien ze op alle continenten voorkomen, behalve Antarctica. Het leefgebied varieert van koele bossen tot hete woestijnen. Het is duidelijk dat je een grote verzameling mestkevers gemakkelijker aantreft in de leefgebieden van dieren die 'fabrieken' zijn voor het produceren van hun voedsel. Mestkevers geven de voorkeur aan het opslaan van voedsel voor de toekomst.
Een korte video over mestkevers en de moeilijkheden van hun manier van leven (BBC, David Attenborough).
Verschillende soorten kevers hebben hun eigen adaptieve gedragskenmerken. Sommigen vormen ballen van mest, die ze wegrollen van de verzamelplaats en in hun hol begraven. Anderen graven tunnels onder de grond, die ze met voedsel vullen. En weer anderen, die het spreekwoord over Mohammed en de berg kennen, leven eenvoudigweg in hopen mest.
Voedselvoorraden zijn belangrijk voor de kever, maar niet zozeer uit zelfbehoud, maar uit zorg voor het toekomstige nageslacht. Het punt is dat larven van mestkevers leven van wat hun ouder eerder heeft verzameld. En hoe meer mest, oftewel voedsel voor de larven, hoe groter de kans dat ze overleven.
Ik kwam deze formulering tegen tijdens het verzamelen van informatie, en het klinkt niet erg goed, vooral het laatste deel:…De mannetjes vechten om de vrouwtjes, door met hun poten tegen de wanden van de tunnel te steunen en hun rammelende uitsteeksels tegen hun tegenstander te duwen… Sommige mannetjes hebben geen hoorns en nemen daarom niet deel aan de strijd, maar hebben grotere geslachtsklieren en wachten op een vrouwtje in de naastgelegen tunnel…
Laten we van de poëzie overgaan naar het onderzoek zelf.
Zoals ik eerder vermeldde, vormen sommige soorten mestkevers ballen en rollen deze in een rechte lijn, zonder aandacht te besteden aan de kwaliteit en complexiteit van de gekozen route, naar hun opslaghol. Dit gedrag van deze kevers is ons het beste bekend dankzij talloze documentaires. We weten ook dat, naast hun kracht (sommige soorten kunnen een gewicht tillen dat 1000 keer hun eigen gewicht is), gastronomische voorkeuren en zorg voor hun nageslacht, mestkevers ook uitstekend kunnen navigeren in de ruimte. Sterker nog, ze zijn de enige insecten die 's nachts kunnen navigeren aan de hand van de sterren.
In Zuid-Afrika (de plaats van de observaties) vormt een mestkever, wanneer hij 'prooi' vindt, een bal en begint deze in een rechte lijn in een willekeurige richting te rollen, het belangrijkste is om ver weg van concurrenten te blijven die niet zullen aarzelen om zijn vergaarde voedsel af te pakken. Daarom, om de vlucht effectief te laten zijn, moet men de hele tijd in dezelfde richting bewegen, zonder van koers te raken.
De zon is een belangrijke referentie, zoals we al weten, maar het is niet de meest betrouwbare. De hoogte van de zon verandert gedurende de dag, waardoor de nauwkeurigheid van het navigeren afneemt. Waarom draaien de kevers dan niet in cirkels, raken ze niet verdwaald en raadplegen ze niet elke 2 minuten een kaart? Het is logisch om aan te nemen dat de zon niet de enige informatiebron is voor ruimtelijk navigeren. Wetenschappers hebben gesuggereerd dat de richting van de wind een tweede referentie voor de kevers is. Dit is geen unieke eigenschap, want ook mieren en zelfs kakkerlakken kunnen de wind gebruiken om hun weg te vinden.
In hun onderzoek hebben wetenschappers getest hoe mestkevers deze multimodale sensorische informatie gebruiken, wanneer ze de voorkeur geven aan navigeren op basis van de zon en wanneer op basis van de windrichting, en of ze beide opties tegelijkertijd gebruiken. Er zijn observaties en metingen gedaan in de natuurlijke habitat van de proefpersonen, evenals in gesimuleerde gecontroleerde laboratoriumomstandigheden.
Onderzoeksresultaten
In deze studie was de hoofdpersoon de kever van het type Scarabaeus lamarcki, en de observaties in de natuurlijke habitat vonden plaats op de boerderij 'Stonehenge', vlakbij Johannesburg (Zuid-Afrika).
Afbeelding 1: veranderingen in de windsnelheid gedurende de dag (A), veranderingen in de windrichting gedurende de dag (In).
Voorlopige metingen van de windsnelheid en -richting zijn uitgevoerd. 's Nachts was de windsnelheid het laagst (<0,5 m/s), maar stijgt deze dichter bij zonsopgang en bereikt een dagelijkse piek (3 m/s) tussen 11:00 en 13:00 (zonhoogte ∼70°).
De windsnelheidsgegevens zijn opmerkelijk omdat ze de drempel van 0,15 m/s overschrijden, die nodig is voor de menotactische oriëntatie van mestkevers. Bovendien valt de piek in de windsnelheid samen met de piek in de activiteit van de kevers. Scarabaeus lamarcki.
Kevers rollen hun prooi in een rechte lijn van de verzamelplek over een aanzienlijke afstand. Gemiddeld duurt de hele route 6.1 ± 3.8 minuten. Gedurende deze tijd moeten ze zoveel mogelijk de route volgen.
Wat betreft de windrichting, bedraagt de gemiddelde verandering in de windrichting gedurende een periode van 6 minuten tijdens de maximale activiteit van de kevers (van 06:30 tot 18:30) niet meer dan 27.0°.
Door gegevens over de snelheid en richting van de wind gedurende de dag te combineren, geloven wetenschappers dat dergelijke weersomstandigheden voldoende zijn voor multimodale oriëntatie van kevers.
Afbeelding nr. 2
De tijd van observaties is aangebroken. Om de mogelijke invloed van de wind op de oriëntatiekenmerken van mestkevers in de ruimte te testen, werd een ronde 'arena' opgesteld, waarin voedsel zich bevond. De kevers konden de door hen gevormde ballen vrij naar elke richting vanuit het midden rollen onder een gecontroleerde constante luchtstroom van 3 m/s. Deze tests werden uitgevoerd op heldere dagen, wanneer de hoogte van de zon gedurende de dag veranderde als volgt: ≥75° (hoog), 45–60° (gemiddeld) en 15–30° (laag).
Veranderingen in de luchtstroom en de positie van de zon kunnen 180° verschillen tussen twee benaderingen van de kevers (2A). Het is ook belangrijk te vermelden dat kevers niet lijden aan sclerose, waardoor ze na de eerste benadering het gekozen pad onthouden. Wetenschappers beschouwen veranderingen in de hoek van het verlaten van de arena tijdens de volgende benadering van de kever als een indicator van succesvolle oriëntatie.
Bij een zonshoogte van ≥75° (hoog) werden de veranderingen in het azimut als reactie op een verandering van windrichting van 180° tussen de eerste en tweede benaderingen gegroepeerd rond de 180° (P < 0,001, V-test) met een gemiddelde wijziging van 166,9 ± 79,3° (2B). De verandering van de zonpositie (een spiegel werd gebruikt) met 180° veroorzaakte een nauwelijks waarneembare reactie van 13,7 ± 89,1° (onderste cirkel op 2B).
Opmerkelijk is dat de kevers zich hielden aan hun paden bij gemiddelde en lage zonhoogten, ondanks veranderingen in de windrichting - gemiddelde hoogte: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; lage hoogte: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C en 2D). De veranderingen in de richting van de zonnestralen met 180° hadden daarentegen een tegengestelde reactie, wat een radicale wijziging in het pad van de kever veroorzaakte - gemiddelde hoogte: 153,9 ± 83,3°; lage hoogte: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (onderste cirkels op 2A, 2С en 2D).
Het lijkt erop dat niet de wind zelf, maar de geuren van invloed zijn op de oriëntatie. Om dit te testen, werden bij de tweede groep kevers de distale segmenten van de antennes verwijderd, die verantwoordelijk zijn voor de reuk. De wijzigingen in het pad als reactie op de verandering van de windrichting met 180°, gedemonstreerd door deze kevers, waren nog steeds significant gegroepeerd rond de 180°. Met andere woorden, er is feitelijk geen verschil in oriëntatiegraad bij kevers met en zonder geurzin.
Tussenresultaten tonen aan dat mestkevers bij hun oriëntatie gebruik maken van de zon en de wind. In gecontroleerde laboratoriumomstandigheden is vastgesteld dat de windkompas dominant is boven de zon in het geval van hoge zon, maar de situatie begint te veranderen wanneer de zon dichter bij de horizon komt.
Deze observatie wijst erop dat er een dynamisch multimodaal kompas systeem is, waarin de interactie tussen de twee modaliteiten varieert afhankelijk van de sensorische informatie. Dat wil zeggen, de kever oriënteert zich op elk moment van de dag, vertrouwend op de meest betrouwbare informatiebron op dat specifieke moment (zon laag — oriënteer op de zon; zon hoog — oriënteer op de wind).
Vervolgens besloten wetenschappers te onderzoeken of de wind helpt bij de oriëntatie van kevers. Hiervoor werd een arena van 1 m in diameter voorbereid met voedsel in het midden. In totaal maakten de kevers 20 aanvallen bij een hoge zonnestand: 10 met wind en 10 zonder wind (2F).
Zoals verwacht, verhoogde de aanwezigheid van wind de precisie van de oriëntatie van de kevers. Het wordt opgemerkt dat in vroege observaties van de precisie van het zonnige kompas de verandering van het azimut tussen twee opeenvolgende aanvallen verdubbelt bij een hoge zonnestand (> 75°) vergeleken met een lagere stand (<60°).
Dus begrijpen we dat de wind een belangrijke rol speelt in de oriëntatie van mestkevers, door de onnauwkeurigheden van het zonnige kompas te compenseren. Maar hoe verzamelt de kever informatie over de snelheid en richting van de wind? Het is natuurlijk het duidelijkst dat dit gebeurt via de voelsprieten. Om dit te bevestigen, voerden wetenschappers tests uit in een ruimte met een constante luchtstroom (3 m/s) met twee groepen kevers — met en zonder voelsprieten (3A).
Afbeelding nr. 3
Als belangrijkste criterium voor de precisie van de oriëntatie werd de verandering van het azimut tussen twee aanvallen genomen bij een verandering van de luchtstroomrichting met 180°.
De verandering van de beweging van de kevers met voelsprieten werd gegroepeerd rond de 180°, in tegenstelling tot de kevers zonder voelsprieten. Bovendien bedroeg de gemiddelde absolute verandering van het azimut bij kevers zonder voelsprieten 104,4 ± 36,0°, wat sterk verschilt van de absolute verandering bij kevers met voelsprieten — 141,0 ± 45,0° (grafiek op 3B). Dit betekent dat kevers zonder antennes zich niet goed konden oriënteren op de wind. Echter, ze konden zich nog steeds goed oriënteren op de zon.
Op de afbeelding 3A Toont de opzet van de test om het vermogen van de kevers na te gaan om informatie uit verschillende sensorische modaliteiten te combineren om hun route aan te passen. Tijdens de test waren er beide referentiepunten (wind + zon) tijdens de eerste poging, of slechts één referentiepunt (zon of wind) tijdens de tweede. Op deze manier werd multimodaliteit vergeleken met unimodaliteit.
Observaties toonden aan dat de veranderingen in de bewegingsrichting van de kevers na de overgang van multimodale naar unimodale referentiepunten vooral rond 0° geconcentreerd waren: alleen wind: −8,2 ± 64,3°; alleen zon: 16,5 ± 51,6° (grafieken in het midden en rechts op 3C).
Deze oriëntatiekenmerken verschilden niet van die, verkregen bij aanwezigheid van twee (zon + wind) referentiepunten (grafiek links op 3C).
Dit geeft aan dat de kever onder gecontroleerde omstandigheden mogelijk één referentiepunt kan gebruiken als het tweede niet voldoende informatie biedt, oftewel dat het de onnauwkeurigheid van één referentiepunt kan compenseren met een tweede.
Als u denkt dat wetenschappers hiermee gestopt zijn, dan is dat niet het geval. Vervolgens moest getest worden hoe goed kevers informatie over één van de referentiepunten opslaan en of ze deze in de toekomst gebruiken als aanvullend. Hiervoor werden 4 pogingen gedaan: in de eerste was er 1 referentiepunt (zon), in de tweede en derde werd een luchtstroom toegevoegd, en tijdens de vierde was er alleen luchtstroom. Er werd ook een test uitgevoerd waarbij de referentiepunten in omgekeerde volgorde waren: wind, zon+wind, zon+wind, zon.
De voorlopige theorie is dat als kevers informatie over beide referentiepunten in hetzelfde gebied van ruimtelijke geheugen in de hersenen kunnen opslaan, ze dezelfde richting moeten behouden in de eerste en vierde poging, d.w.z. veranderingen in bewegingsrichting zouden zich moeten groeperen rond 0°.
Afbeelding №4
De verzamelde gegevens over de verandering van het azimut tijdens de eerste en vierde pogingen bevestigden de hierboven beschreven hypothese (4A), die verder werd ondersteund door modellering, waarvan de resultaten weergegeven zijn in grafiek 4C (links).
Als aanvullende controle werden tests uitgevoerd waarbij de luchtstroom werd vervangen door een vlek van ultraviolet licht (4B en 4C rechts). De resultaten waren vrijwel identiek aan de resultaten van de tests met zonlicht en luchtstroom.
Voor een meer gedetailleerd inzicht in de nuances van het onderzoek raad ik aan om te kijken naar en hieraan.
Epilog
De verzameling resultaten van experimenten, zowel in de natuurlijke omgeving als in gecontroleerde omstandigheden, toonde aan dat de kevers visuele en mechanosensorische informatie samenbrengen in een gemeenschappelijk neuronennetwerk en deze opslaan als een snapshot van een multimodale kompas. Het vergelijken van de effectiviteit van het gebruik van zonlicht of wind als referentie toonde aan dat kevers de referentie gebruiken die hen meer informatie biedt. De tweede wordt als backup of aanvulling gebruikt.
Dit lijkt misschien heel gewoon voor ons, maar we moeten niet vergeten dat onze hersenen veel groter zijn dan die van het kleine kevertje. Maar zoals we hebben begrepen, zijn zelfs de kleinste wezens in staat tot complexe denkprocessen, omdat in het wild je overleving afhangt van kracht, van verstand, of vaker van een combinatie van beiden.
Vrijdag off-topic:
Zelfs kevers vechten om hun prooi. En het maakt niet uit dat de prooi een bolletje mest is.
(BBC Earth, David Attenborough)
Bedankt voor uw aandacht, blijf nieuwsgierig en een geweldig weekend allemaal! 🙂
Bedankt dat je bij ons blijft. Vind je onze artikelen leuk? Wil je meer interessante inhoud zien? Steun ons door een bestelling te plaatsen of ons aan vrienden aan te bevelen. 30% korting voor Habr-gebruikers op een unieke variant van entry-level servers, speciaal voor jou ontworpen: (opties beschikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 cores en tot 40GB DDR4).
Dell R730xd voor de helft van de prijs? Alleen bij ons in Nederland! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — vanaf $99! Lees over hoe
Bron: habr.com
