Det er spørsmål vi stilte eller prøvde å svare på: hvorfor er himmelen blå, hvor mange stjerner er det på himmelen, hvem er sterkere - en hvithai eller en spekkhogger, etc. Og det er spørsmål vi ikke stilte, men det gjør ikke svaret mindre interessant. Slike spørsmål inkluderer følgende: hva så viktige kom forskere fra universitetene i Lund (Sverige), Witwatersrand (Sør-Afrika), Stockholm (Sverige) og Würzburg (Tyskland) sammen? Dette er nok noe veldig viktig, veldig komplekst og utrolig nyttig. Vel, det er vanskelig å si noe sikkert om dette, men det er definitivt veldig interessant, nemlig hvordan møkkbiller navigerer i verdensrommet. Ved første øyekast er alt her trivielt, men vår verden er full av ting som ikke er så enkle som de ser ut til, og møkkbiller er et bevis på dette. Så, hva er så unikt med møkkbillens navigasjonssystem, hvordan testet forskere det, og hva har konkurranse med det å gjøre? Vi finner svar på disse og andre spørsmål i rapporten til forskergruppen. Gå.
protagonist
Først av alt er det verdt å bli kjent med hovedpersonen i denne studien. Han er sterk, hardtarbeidende, utholdende, kjekk og omsorgsfull. Det er en møkkbille fra overfamilien Scarabaeidae.
Mykbiller fikk sitt ikke særlig attraktive navn på grunn av deres gastronomiske preferanser. På den ene siden er dette litt grovt, men for møkkbillen er det en utmerket kilde til næringsstoffer, og det er grunnen til at de fleste arter av denne familien ikke trenger andre kilder til mat eller til og med vann. Det eneste unntaket er arten Deltochilum valgum, hvis representanter elsker å feste på tusenbein.
Utbredelsen av møkkbiller er misunnelse for de fleste andre levende skapninger, siden de lever på alle kontinenter bortsett fra Antarktis. Habitatet spenner fra kjølige skoger til varme ørkener. Det er åpenbart lettere å finne store konsentrasjoner av møkkbiller i dyrehabitater som er "fabrikker" for produksjon av maten deres. Møkkbiller foretrekker å lagre mat for fremtiden.
En kort video om møkkbiller og kompleksiteten i deres livsstil (BBC, David Attenborough).
Ulike arter av biller har sine egne atferdsmessige tilpasningsegenskaper. Noen danner kuler av gjødsel, som rulles fra oppsamlingsstedet og graves ned i et hull. Andre graver tunneler under jorden og fyller dem med mat. Og atter andre, som kjenner ordtaket om Mohammed og sorg, lever rett og slett i haugevis av møkk.
Matforsyning er viktig for billen, men ikke så mye av hensyn til selvoppholdelse, men av hensyn til å ta vare på fremtidige avkom. Faktum er at møkkbillelarver lever i det foreldrene deres samlet tidligere. Og jo mer gjødsel, det vil si mat til larvene, jo større sannsynlighet er det for at de overlever.
Jeg kom over denne formuleringen i prosessen med å samle informasjon, og det høres ikke veldig bra ut, spesielt den siste delen:... Hannene kjemper for hunnene, hviler føttene mot veggene i tunnelen, og presser motstanderen med hornlignende utvekster ... Noen hanner har ikke horn og deltar derfor ikke i kamp, men har større gonader og vakt hunnen i neste tunnel ...
Vel, la oss gå videre fra tekstene direkte til selve forskningen.
Som jeg nevnte tidligere, danner noen arter av møkkbiller baller og ruller dem i en rett linje, uavhengig av kvaliteten eller vanskelighetsgraden til den valgte ruten, inn i et lagringshull. Det er denne oppførselen til disse billene vi er mest kjent med takket være en rekke dokumentarer. Vi vet også at i tillegg til styrke (noen arter kan løfte 1000 ganger sin egen vekt), gastronomiske preferanser og omsorg for deres avkom, har møkkbiller utmerket romlig orientering. Dessuten er de de eneste insektene som er i stand til å navigere om natten ved hjelp av stjernene.
I Sør-Afrika (stedet for observasjonene) danner en møkkbille, etter å ha funnet "bytte", en ball og begynner å rulle den i en rett linje i en tilfeldig retning, viktigst av alt vekk fra konkurrenter som ikke vil nøle med å ta bort maten den har fått. Derfor, for at en flukt skal være effektiv, må du bevege deg i samme retning hele tiden, uten å gå ut av kurs.
Solen er hovedreferansepunktet, som vi allerede vet, men det er ikke det mest pålitelige. Høyden på solen endres i løpet av dagen, noe som reduserer nøyaktigheten av orienteringen. Hvorfor begynner ikke billene å løpe i sirkler, blir forvirret i retningen og sjekker kartet hvert 2. minutt? Det er logisk å anta at solen ikke er den eneste informasjonskilden for orientering i rommet. Og så foreslo forskere at det andre referansepunktet for biller er vinden, eller snarere dens retning. Dette er ikke en unik funksjon, da maur og til og med kakerlakker kan bruke vinden for å finne veien.
I sitt arbeid bestemte forskerne seg for å teste hvordan møkkbiller bruker denne multimodale sensoriske informasjonen, når de foretrekker å navigere etter solen og når etter vindretningen, og om de bruker begge alternativene samtidig. Observasjoner og målinger ble gjort i forsøkspersonenes naturlige miljø, samt i simulerte, kontrollerte laboratorieforhold.
Forskningsresultater
I denne studien ble hovedpersonens rolle spilt av en bille av arten Scarabaeus lamarcki, og observasjoner i det naturlige miljøet ble utført på territoriet til Stonehenge-gården, nær Johannesburg (Sør-Afrika).
Bilde nr. 1: endringer i vindhastighet i løpet av dagen (А), endringer i vindretning i løpet av dagen (В).
Det ble utført foreløpige målinger av vindhastighet og vindretning. Om natten var hastigheten lavest (<0,5 m/s), men økte nærmere daggry, og nådde en daglig topp (3 m/s) mellom 11:00 og 13:00 (solhøyde ~70°).
Hastighetsverdiene er bemerkelsesverdige fordi de overskrider terskelen på 0,15 m/s som kreves for menotaktisk orientering av møkkbiller. I dette tilfellet faller toppvindhastigheten på tidspunktet av dagen sammen med toppaktiviteten til biller Scarabaeus lamarcki.
Billene ruller byttet sitt i en rett linje fra oppsamlingsstedet til en ganske stor avstand. I gjennomsnitt tar hele ruten 6.1 ± 3.8 minutter. Derfor må de i denne perioden følge ruten så nøyaktig som mulig.
Hvis vi snakker om vindretning, er den gjennomsnittlige endringen i vindretningen i løpet av en periode på 06 minutter ikke mer enn 30 ° i løpet av perioden med maksimal aktivitet av biller (fra 18:30 til 6:27.0).
Ved å kombinere data om vindhastighet og vindretning gjennom dagen, mener forskerne at slike værforhold er tilstrekkelig for multimodal navigering av biller.
Bilde #2
Det er på tide å observere. For å teste vindens mulige påvirkning på de romlige orienteringsegenskapene til møkkbiller, ble det laget en sirkulær "arena" med mat i sentrum. Billene var fri til å rulle kulene de dannet i alle retninger fra midten i nærvær av en kontrollert, stabil luftstrøm med en hastighet på 3 m/s. Disse testene ble utført på klare dager da solhøyden varierte gjennom dagen som følger: ≥75° (høy), 45–60° (midt) og 15–30° (lav).
Endringer i luftstrøm og solposisjon kan endres opptil 180° mellom to billebesøk (2А). Det er også verdt å vurdere det faktum at biller ikke lider av sklerose, og derfor husker de etter det første besøket ruten de har valgt. Når forskerne vet dette, tar forskerne hensyn til endringer i utgangsvinkelen fra arenaen under den påfølgende inngangen til billen som en av indikatorene på suksessen med orientering.
Når solhøyde ≥75° (høy), ble endringer i asimut som svar på en 180° endring i vindretning mellom første og andre sett gruppert rundt 180° (P < 0,001, V-test) med en gjennomsnittlig endring på 166.9 ± 79.3 ° (2B). I dette tilfellet forårsaket en endring i solens posisjon (et speil ble brukt) med 180° en subtil reaksjon på 13,7 ± 89,1° (nedre sirkel på 2B).
Interessant nok, ved middels og lav solhøyde, holdt biller seg til rutene sine til tross for endringer i vindretning - gjennomsnittlig høyde: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; lav høyde: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Men å endre retningen til solstrålene med 180° hadde den motsatte reaksjonen, det vil si en radikal endring i retningen til billens rute - gjennomsnittlig høyde: 153,9 ± 83,3°; lav høyde: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (nedre sirkler inn 2А, 2S и 2D).
Kanskje er orienteringen ikke påvirket av vinden selv, men av lukter. For å teste dette fikk en andre gruppe testbiller fjernet sine distale antennesegmenter, som er ansvarlige for luktesansen. Ruteendringer som svar på 180° endringer i vindretningen vist av disse billene var fortsatt betydelig gruppert rundt 180°. Det er med andre ord praktisk talt ingen forskjell i orienteringsgraden mellom biller med og uten luktesans.
En mellomkonklusjon er at møkkbiller bruker sol og vind i sin orientering. I dette tilfellet, under kontrollerte laboratorieforhold, ble det funnet at vindkompasset dominerer over solkompasset ved høye solhøyder, men situasjonen begynner å endre seg når solen nærmer seg horisonten.
Denne observasjonen indikerer at det er et dynamisk multimodalt kompasssystem på plass, der interaksjonen mellom de to modalitetene endres i henhold til sensorisk informasjon. Det vil si at billen navigerer når som helst på dagen, og er avhengig av den mest pålitelige informasjonskilden i det aktuelle øyeblikket (solen er lav - solen er en referanse; solen er høy - vinden er en referanse).
Deretter bestemte forskerne seg for å sjekke om vinden hjelper med å orientere billene eller ikke. Til dette formålet ble det tilrettelagt en arena med en diameter på 1 m med mat i sentrum. Totalt lagde billene 20 solnedganger i en høy posisjon av solen: 10 med vind og 10 uten vind (2F).
Som forventet økte tilstedeværelsen av vind billenes orienteringsnøyaktighet. Det bemerkes at i tidlige observasjoner av solkompassets nøyaktighet, blir endringen i asimut mellom to påfølgende sett doblet ved en høy solposisjon (>75°) sammenlignet med en lavere posisjon (<60°).
Så vi innså at vinden spiller en viktig rolle i orienteringen til møkkbiller, og kompenserer for unøyaktighetene til solkompasset. Men hvordan samler en bille informasjon om vindhastighet og vindretning? Det mest åpenbare er selvfølgelig at dette skjer gjennom antennene. For å bekrefte dette, utførte forskere tester innendørs ved en konstant luftstrøm (3 m/s) med deltagelse av to grupper biller - med og uten antenner (3A).
Bilde #3
Hovedkriteriet for orienteringsnøyaktighet var endringen i asimut mellom to tilnærminger når luftstrømretningen endret seg med 180°.
Endringer i bevegelsesretningen til biller med antenner ble samlet rundt 180°, i motsetning til biller uten antenner. I tillegg var den gjennomsnittlige absolutte endringen i asimut for biller uten antenner 104,4 ± 36,0°, noe som er svært forskjellig fra den absolutte endringen for biller med antenner - 141,0 ± 45,0° (graf i 3V). Det vil si at biller uten antenner ikke kunne navigere normalt i vinden. Imidlertid var de fortsatt i stand til å navigere godt etter solen.
På bildet 3А viser et testoppsett for å teste billenes evne til å kombinere informasjon fra ulike sensoriske modaliteter for å justere ruten deres. For å gjøre dette inkluderte testen begge landemerkene (vind + sol) under den første innflygingen, eller bare ett landemerke (sol eller vind) under den andre. På denne måten ble multimodalitet og unmodalitet sammenlignet.
Observasjoner viste at endringer i bevegelsesretningen til biller etter overgangen fra et multi- til et unimodalt landemerke var konsentrert rundt 0°: kun vind: −8,2 ± 64,3°; Kun sol: 16,5 ± 51,6° (grafer i midten og rett på 3C).
Denne orienteringskarakteristikken skilte seg ikke fra den som ble oppnådd i nærvær av to (sol + vind) landemerker (graf til venstre i 3S).
Dette antyder at en bille under kontrollerte forhold kan bruke ett landemerke hvis det andre ikke gir tilstrekkelig informasjon, det vil si kompensere for unøyaktigheten til ett landemerke med det andre.
Hvis du tror at forskere stoppet der, så er det ikke slik. Deretter var det nødvendig å sjekke hvor godt billene lagrer informasjon om et av landemerkene, og om de bruker det i fremtiden som et supplement. For dette formålet ble det utført 4 tilnærminger: i den første var det 1 landemerke (solen), i den andre og tredje ble det lagt til en luftstrøm, og i løpet av den fjerde var det bare en luftstrøm. Det ble også gjennomført en test der landemerkene var i omvendt rekkefølge: vind, sol + vind, sol + vind, sol.
En tentativ teori er at hvis biller kan lagre informasjon om begge landemerkene i samme romlige minneregion i hjernen, så bør de opprettholde samme retning ved første og fjerde besøk, dvs. endringer i bevegelsesretningen bør samle seg rundt 0°.
Bilde #4
De innsamlede dataene om endringen i asimut under den første og fjerde kjøringen bekreftet antakelsen ovenfor (4A), som ble ytterligere bekreftet gjennom modellering, hvis resultater er avbildet i graf 4C (til venstre).
Som en tilleggssjekk ble det utført tester hvor luftstrømmen ble erstattet av en ultrafiolett flekk (4B og 4C til høyre). Resultatene var nesten identiske med sol- og luftstrømstestene.
For en mer detaljert forståelse av nyansene i studien anbefaler jeg å ta en titt på и til ham.
Epilog
Kombinasjonen av resultater fra eksperimenter i både naturlige og kontrollerte miljøer viste at i møkkbiller, konvergerer visuell og mekanosensorisk informasjon i et felles nevralt nettverk og lagres som et øyeblikksbilde av et multimodalt kompass. En sammenligning av effektiviteten av å bruke enten solen eller vinden som referanse viste at biller hadde en tendens til å bruke referansen som ga dem mer informasjon. Den andre brukes som ekstra eller komplementær.
Dette kan virke som en veldig vanlig ting for oss, men ikke glem at hjernen vår er mye større enn den til en liten insekt. Men, som vi har lært, er selv de minste skapningene i stand til komplekse mentale prosesser, for i naturen avhenger din overlevelse av enten styrke eller intelligens, og oftest en kombinasjon av begge.
Fredag off-top:
Selv biller kjemper om byttedyr. Og det spiller ingen rolle at byttet er en møkkball.
(BBC Earth, David Attenborough)
Takk for at du leser, vær nysgjerrig og ha en flott helg folkens! 🙂
Takk for at du bor hos oss. Liker du artiklene våre? Vil du se mer interessant innhold? Støtt oss ved å legge inn en bestilling eller anbefale til venner, 30 % rabatt for Habr-brukere på en unik analog av inngangsnivåservere, som ble oppfunnet av oss for deg: (tilgjengelig med RAID1 og RAID10, opptil 24 kjerner og opptil 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 ganger billigere? Bare her i Nederland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fra $99! Lese om
Kilde: www.habr.com