Er zijn vragen die we hebben gesteld of geprobeerd hebben te beantwoorden: waarom is de lucht blauw, hoeveel sterren zijn er aan de hemel, wie is sterker - een witte haai of een orka, enz. En er zijn vragen die we niet hebben gesteld, maar dat maakt het antwoord niet minder interessant. Dergelijke vragen omvatten de volgende: wat hebben wetenschappers van de universiteiten van Lund (Zweden), Witwatersrand (Zuid-Afrika), Stockholm (Zweden) en Würzburg (Duitsland) zo gecombineerd? Dit is waarschijnlijk iets heel belangrijks, heel complex en ongelooflijk nuttig. Nou, het is moeilijk om dit met zekerheid te zeggen, maar het is absoluut heel interessant, namelijk hoe mestkevers door de ruimte navigeren. Op het eerste gezicht is alles hier triviaal, maar onze wereld zit vol met dingen die niet zo eenvoudig zijn als ze lijken, en mestkevers zijn hiervan het bewijs. Wat is er zo uniek aan het navigatiesysteem van de mestkever, hoe hebben wetenschappers het getest en wat heeft concurrentie ermee te maken? Antwoorden op deze en andere vragen vinden we in het rapport van de onderzoeksgroep. Gaan.
voorvechter
Allereerst is het de moeite waard om de hoofdpersoon van deze studie te leren kennen. Hij is sterk, hardwerkend, volhardend, knap en zorgzaam. Het is een mestkever uit de superfamilie Scarabaeidae.
Mestkevers hebben hun niet erg aantrekkelijke naam gekregen vanwege hun gastronomische voorkeuren. Aan de ene kant is dit een beetje vies, maar voor de mestkever is het een uitstekende bron van voedingsstoffen. Daarom hebben de meeste soorten van deze familie geen andere voedselbronnen of zelfs water nodig. De enige uitzondering is de soort Deltochilum valgum, waarvan de vertegenwoordigers zich graag tegoed doen aan duizendpoten.
De meeste andere levende wezens zijn jaloers op de prevalentie van mestkevers, aangezien ze op alle continenten leven behalve Antarctica. Het leefgebied varieert van koele bossen tot hete woestijnen. Het is duidelijk dat het gemakkelijker is om grote concentraties mestkevers te vinden in dierenhabitats die ‘fabrieken’ zijn voor de productie van hun voedsel. Mestkevers bewaren het liefst voedsel voor de toekomst.
Een korte video over mestkevers en de complexiteit van hun manier van leven (BBC, David Attenborough).
Verschillende soorten kevers hebben hun eigen gedragsaanpassingskenmerken. Sommige vormen mestballen, die van de verzamelplaats worden gerold en in een gat worden begraven. Anderen graven ondergrondse tunnels en vullen deze met voedsel. En weer anderen, die het gezegde over Mohammed en verdriet kennen, leven eenvoudigweg in hopen mest.
Voedselvoorziening is belangrijk voor de kever, maar niet zozeer om redenen van zelfbehoud, maar om redenen van zorg voor toekomstige nakomelingen. Feit is dat mestkeverlarven leven in wat hun ouders eerder hebben verzameld. En hoe meer mest, dat wil zeggen 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:... Mannetjes vechten voor vrouwtjes, laten hun voeten tegen de wanden van de tunnel rusten en duwen hun tegenstander met hoornachtige uitgroeisels ... Sommige mannetjes hebben geen hoorns en nemen daarom niet deel aan de strijd, maar hebben grotere geslachtsklieren en bewakers het vrouwtje in de volgende tunnel ...
Laten we van de tekst rechtstreeks naar het onderzoek zelf gaan.
Zoals ik eerder al zei, vormen sommige soorten mestkevers ballen en rollen deze in een rechte lijn, ongeacht de kwaliteit of moeilijkheidsgraad van de gekozen route, in een opslaggat. Het is dit gedrag van deze kevers waar we het meest bekend mee zijn dankzij talloze documentaires. We weten ook dat mestkevers, naast kracht (sommige soorten kunnen 1000 keer hun eigen gewicht kunnen tillen), gastronomische voorkeuren en zorg voor hun nakomelingen, een uitstekende ruimtelijke oriëntatie hebben. Bovendien zijn het de enige insecten die 's nachts kunnen navigeren met behulp van de sterren.
In Zuid-Afrika (de locatie van de waarnemingen) vormt een mestkever, die een “prooi” heeft gevonden, een bal en begint deze in een rechte lijn in een willekeurige richting te rollen, vooral weg van concurrenten die niet zullen aarzelen om weg te nemen het voedsel dat het heeft verkregen. Om effectief te kunnen ontsnappen, moet je daarom altijd in dezelfde richting bewegen, zonder uit koers te raken.
De zon is, zoals we al weten, het belangrijkste referentiepunt, maar niet het meest betrouwbare. De hoogte van de zon verandert gedurende de dag, wat de nauwkeurigheid van de oriëntatie vermindert. Waarom beginnen de kevers niet in cirkels te rennen, raken ze in de war in de richting en controleren ze de kaart niet elke 2 minuten? Het is logisch om aan te nemen dat de zon niet de enige informatiebron is voor oriëntatie in de ruimte. En toen suggereerden wetenschappers dat het tweede referentiepunt voor kevers de wind is, of beter gezegd de richting ervan. Dit is geen uniek kenmerk, aangezien mieren en zelfs kakkerlakken de wind kunnen gebruiken om hun weg te vinden.
In hun werk besloten de wetenschappers te testen hoe mestkevers deze multimodale sensorische informatie gebruiken, wanneer ze het liefst met de zon en wanneer met de windrichting navigeren, en of ze beide opties tegelijkertijd gebruiken. Waarnemingen en metingen werden gedaan in de natuurlijke omgeving van de proefpersonen, maar ook in gesimuleerde, gecontroleerde laboratoriumomstandigheden.
Onderzoeksresultaten
In dit onderzoek werd de rol van het hoofdonderwerp gespeeld door een kever van de soort Scarabaeus lamarckien waarnemingen in de natuurlijke omgeving werden uitgevoerd op het grondgebied van de Stonehenge-boerderij, nabij Johannesburg (Zuid-Afrika).
Afbeelding nr. 1: veranderingen in windsnelheid gedurende de dag (А), veranderingen in de windrichting gedurende de dag (В).
Er zijn voorlopige metingen van de windsnelheid en -richting uitgevoerd. 's Nachts was de snelheid het laagst (<0,5 m/s), maar nam dichter bij zonsopgang toe en bereikte een dagelijkse piek (3 m/s) tussen 11 en 00 uur (zonnehoogte ~13°).
De snelheidswaarden zijn opmerkelijk omdat ze de drempel van 0,15 m/s overschrijden die nodig is voor de menotactische oriëntatie van mestkevers. In dit geval valt de piekwindsnelheid op het tijdstip van de dag samen met de piekactiviteit van kevers Scarabaeus lamarcki.
De kevers rollen hun prooi in een rechte lijn van het verzamelpunt naar een vrij grote afstand. Gemiddeld duurt de hele route 6.1 ± 3.8 minuten. Daarom moeten ze gedurende deze periode de route zo nauwkeurig mogelijk volgen.
Als we het hebben over de windrichting, dan is tijdens de periode van maximale activiteit van kevers (van 06 tot 30 uur) de gemiddelde verandering in de windrichting gedurende een periode van 18 minuten niet meer dan 30°.
Door gegevens over de windsnelheid en -richting gedurende de dag te combineren, geloven wetenschappers dat dergelijke weersomstandigheden voldoende zijn voor multimodale navigatie van kevers.
Afbeelding #2
Het is tijd om te observeren. Om de mogelijke invloed van wind op de ruimtelijke oriëntatiekenmerken van mestkevers te testen, werd een cirkelvormige “arena” gecreëerd met voedsel in het midden. De kevers waren vrij om de gevormde ballen in elke richting vanuit het midden te rollen in de aanwezigheid van een gecontroleerde, stabiele luchtstroom met een snelheid van 3 m/s. Deze tests werden uitgevoerd op heldere dagen waarop de zonhoogte gedurende de dag als volgt varieerde: ≥75° (hoog), 45–60° (midden) en 15–30° (laag).
Veranderingen in de luchtstroom en de stand van de zon kunnen tussen twee keverbezoeken tot 180° veranderen (2А). Het is ook de moeite waard om te overwegen dat kevers geen last hebben van sclerose en daarom na het eerste bezoek de route onthouden die ze hebben gekozen. Dit wetende, houden wetenschappers rekening met veranderingen in de uitgangshoek uit de arena tijdens de daaropvolgende binnenkomst van de kever als een van de indicatoren voor het succes van oriëntatie.
Wanneer de zonhoogte ≥75° (hoog) was, waren de veranderingen in azimut als reactie op een verandering van 180° in de windrichting tussen de eerste en tweede sets geclusterd rond 180° (P < 0,001, V-test) met een gemiddelde verandering van 166.9 ± 79.3 ° (2B). In dit geval veroorzaakte een verandering van de stand van de zon (er werd een spiegel gebruikt) met 180° een subtiele reactie van 13,7 ± 89,1° (onderste cirkel op 2B).
Interessant genoeg bleven de kevers op gemiddelde en lage zonhoogten ondanks veranderingen in de windrichting aan hun route vasthouden - gemiddelde hoogte: -15,9 ± 40,2°; P <0,001; lage hoogte: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Maar het veranderen van de richting van de zonnestralen met 180° had de tegenovergestelde reactie, namelijk een radicale verandering in de richting van de route van de kever - gemiddelde hoogte: 153,9 ± 83,3°; lage hoogte: −162 ± 69,4 °; P <0,001 (onderste cirkels in 2А, 2S и 2D).
Misschien wordt de oriëntatie niet beïnvloed door de wind zelf, maar door geuren. Om dit te testen werd bij een tweede groep testkevers de distale antennesegmenten, die verantwoordelijk zijn voor hun reukvermogen, verwijderd. Routeveranderingen als reactie op veranderingen van 180° in de windrichting die deze kevers vertoonden, waren nog steeds aanzienlijk geclusterd rond 180°. Er is met andere woorden vrijwel geen verschil in de mate van oriëntatie tussen kevers met en zonder reukvermogen.
Een tussentijdse conclusie is dat mestkevers bij hun oriëntatie gebruik maken van de zon en de wind. In dit geval werd onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden ontdekt dat het windkompas op hoge zonhoogten domineert over het zonnekompas, maar de situatie begint te veranderen wanneer de zon de horizon nadert.
Deze waarneming geeft aan dat er sprake is van een dynamisch multimodaal kompassysteem, waarin de interactie tussen de twee modaliteiten verandert op basis van sensorische informatie. Dat wil zeggen, de kever navigeert op elk moment van de dag en vertrouwt op de meest betrouwbare informatiebron op dat specifieke moment (de zon staat laag - de zon is een referentie; de zon staat hoog - de wind is een referentie).
Vervolgens besloten de wetenschappers om te controleren of de wind helpt bij het oriënteren van de kevers of niet. Voor dit doel werd een arena met een diameter van 1 m voorbereid met voedsel in het midden. In totaal maakten de kevers 20 zonsondergangen op een hoge stand van de zon: 10 met wind en 10 zonder wind (2F).
Zoals verwacht verhoogde de aanwezigheid van wind de oriëntatienauwkeurigheid van de kevers. Opgemerkt wordt dat bij vroege waarnemingen van de nauwkeurigheid van het zonnekompas de verandering in azimut tussen twee opeenvolgende sets wordt verdubbeld bij een hoge stand van de zon (>75°) vergeleken met een lagere positie (<60°).
We realiseerden ons dus dat de wind een belangrijke rol speelt bij de oriëntatie van mestkevers en de onnauwkeurigheden van het zonnekompas compenseert. Maar hoe verzamelt een kever informatie over windsnelheid en -richting? Het meest voor de hand liggende is natuurlijk dat dit via de antennes gebeurt. Om dit te verifiëren voerden wetenschappers binnenshuis tests uit met een constante luchtstroom (3 m/s) met deelname van twee groepen kevers - met en zonder antennes (3A).
Afbeelding #3
Het belangrijkste criterium voor de nauwkeurigheid van de oriëntatie was de verandering in azimut tussen twee benaderingen wanneer de richting van de luchtstroom met 180° veranderde.
Veranderingen in de bewegingsrichting van kevers met antennes waren geclusterd rond 180°, in tegenstelling tot kevers zonder antennes. Bovendien was de gemiddelde absolute verandering in azimut voor kevers zonder antennes 104,4 ± 36,0°, wat heel anders is dan de absolute verandering voor kevers met antennes - 141,0 ± 45,0° (grafiek in 3V). Dat wil zeggen dat kevers zonder antennes niet normaal in de wind konden navigeren. Ze konden echter nog steeds goed navigeren door de zon.
Op de afbeelding 3А toont een testopstelling om het vermogen van de kevers te testen om informatie van verschillende sensorische modaliteiten te combineren om hun route aan te passen. Om dit te doen, omvatte de test beide oriëntatiepunten (wind + zon) tijdens de eerste nadering, of slechts één oriëntatiepunt (zon of wind) tijdens de tweede. Op deze manier werden multimodaliteit en unimodaliteit met elkaar vergeleken.
Waarnemingen toonden aan dat veranderingen in de bewegingsrichting van kevers na de overgang van een multi- naar een unimodaal oriëntatiepunt geconcentreerd waren rond 0°: alleen wind: −8,2 ± 64,3°; alleen zon: 16,5 ± 51,6° (grafieken in het midden en rechts ervan 3C).
Dit oriëntatiekenmerk verschilde niet van wat werd verkregen bij aanwezigheid van twee (zon + wind) oriëntatiepunten (grafiek links in 3S).
Dit suggereert dat een kever onder gecontroleerde omstandigheden één oriëntatiepunt kan gebruiken als het tweede niet voldoende informatie oplevert, dat wil zeggen de onnauwkeurigheid van het ene oriëntatiepunt met het tweede compenseert.
Als je denkt dat wetenschappers daar zijn gestopt, dan is dat niet zo. Vervolgens was het nodig om te controleren hoe goed de kevers informatie over een van de oriëntatiepunten opslaan en of ze deze in de toekomst als aanvulling gebruiken. Voor dit doel werden 4 benaderingen uitgevoerd: in de eerste was er 1 oriëntatiepunt (de zon), in de tweede en derde werd een luchtstroom toegevoegd en tijdens de vierde was er alleen een luchtstroom. Er werd ook een test uitgevoerd waarbij de oriëntatiepunten in omgekeerde volgorde stonden: wind, zon + wind, zon + wind, zon.
Een voorlopige theorie is dat als kevers informatie over beide oriëntatiepunten in hetzelfde ruimtelijke geheugengebied in de hersenen kunnen opslaan, ze bij het eerste en het vierde bezoek dezelfde richting moeten aanhouden, dat wil zeggen: veranderingen in de bewegingsrichting moeten rond de 0° clusteren.
Afbeelding #4
De verzamelde gegevens over de verandering in azimut tijdens de eerste en vierde run bevestigden de bovenstaande aanname (4A), die verder werd bevestigd door middel van modellering, waarvan de resultaten worden weergegeven in grafiek 4C (links).
Als extra controle werden tests uitgevoerd waarbij de luchtstroom werd vervangen door een ultraviolette vlek (4B en 4C rechts). De resultaten waren vrijwel identiek aan die van de zon- en luchtstroomtesten.
Voor een meer gedetailleerde kennismaking met de nuances van de studie raad ik aan om naar te kijken и naar hem.
epiloog
De combinatie van resultaten van experimenten in zowel natuurlijke als gecontroleerde omgevingen toonde aan dat bij mestkevers visuele en mechanosensorische informatie samenkomen in een gemeenschappelijk neuraal netwerk en worden opgeslagen als een momentopname van een multimodaal kompas. Uit een vergelijking van de effectiviteit van het gebruik van de zon of de wind als referentie bleek dat kevers de neiging hadden om de referentie te gebruiken die hen meer informatie opleverde. De tweede wordt gebruikt als reserve of als aanvulling.
Dit lijkt misschien iets heel gewoons voor ons, maar vergeet niet dat onze hersenen veel groter zijn dan die van een kleine bug. Maar zoals we hebben geleerd, zijn zelfs de kleinste wezens in staat tot complexe mentale processen, want in het wild hangt je overleving af van kracht of intelligentie, en meestal van een combinatie van beide.
Vrijdag off-top:
Zelfs kevers vechten om prooien. En het maakt niet uit dat de prooi een mestbal is.
(BBC Aarde, David Attenborough)
Bedankt voor het lezen, blijf nieuwsgierig en een fijn weekend jongens! 🙂
Bedankt dat je bij ons bent gebleven. Vind je onze artikelen leuk? Wil je meer interessante inhoud zien? Steun ons door een bestelling te plaatsen of door vrienden aan te bevelen, 30% korting voor Habr-gebruikers op een unieke analoog van instapservers, die door ons voor u is uitgevonden: (beschikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 cores en tot 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 keer goedkoper? Alleen hier in Nederland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - vanaf $99! Lees over
Bron: www.habr.com