Há perguntas que perguntamos ou tentamos responder: por que o céu é azul, quantas estrelas existem no céu, quem é mais forte - um tubarão branco ou uma baleia assassina, etc. E há perguntas que não fizemos, mas isso não torna a resposta menos interessante. Essas questões incluem o seguinte: o que de tão importante combinaram os cientistas das universidades de Lund (Suécia), Witwatersrand (África do Sul), Estocolmo (Suécia) e Würzburg (Alemanha)? Isto é provavelmente algo muito importante, muito complexo e incrivelmente útil. Bem, é difícil dizer com certeza sobre isso, mas é definitivamente muito interessante, ou seja, como os besouros rolantes navegam no espaço. À primeira vista, tudo aqui é trivial, mas nosso mundo está cheio de coisas que não são tão simples quanto parecem, e os escaravelhos são a prova disso. Então, o que há de tão único no sistema de navegação do escaravelho, como os cientistas o testaram e o que a competição tem a ver com isso? Encontraremos respostas para essas e outras questões no relatório do grupo de pesquisa. Ir.
Protagonista
Antes de mais nada, vale a pena conhecer o personagem principal deste estudo. Ele é forte, trabalhador, persistente, bonito e atencioso. É um besouro rola-bosta da superfamília Scarabaeidae.
Os besouros rola-bosta receberam esse nome pouco atraente devido às suas preferências gastronômicas. Por um lado, isso é um pouco grosseiro, mas para o escaravelho é uma excelente fonte de nutrientes, por isso a maioria das espécies desta família não necessita de outras fontes de alimento ou mesmo de água. A única exceção é a espécie Deltochilum valgum, cujos representantes adoram festejar com centopéias.
A prevalência de besouros rola-bosta causa inveja à maioria das outras criaturas vivas, uma vez que vivem em todos os continentes, exceto na Antártida. O habitat varia de florestas frias a desertos quentes. Obviamente, é mais fácil encontrar grandes concentrações de escaravelhos em habitats de animais que são “fábricas” para a produção dos seus alimentos. Os besouros de esterco preferem armazenar alimentos para o futuro.
Um pequeno vídeo sobre besouros rola-bosta e as complexidades do seu modo de vida (BBC, David Attenborough).
Diferentes espécies de besouros têm características próprias de adaptação comportamental. Alguns formam bolas de esterco, que são retiradas do local de coleta e enterradas em um buraco. Outros cavam túneis subterrâneos, enchendo-os de comida. E ainda outros, que conhecem o ditado sobre Maomé e a dor, simplesmente vivem em montes de esterco.
O abastecimento de alimentos é importante para o besouro, mas não tanto por razões de autopreservação, mas por razões de cuidado com os futuros descendentes. O fato é que as larvas do escaravelho vivem no que seus pais coletaram anteriormente. E quanto mais esterco, ou seja, alimento para as larvas, maior será a probabilidade de elas sobreviverem.
Me deparei com essa formulação no processo de coleta de informações e não parece muito boa, principalmente a última parte:... Os machos lutam pelas fêmeas, apoiando os pés nas paredes do túnel e empurrando o oponente com protuberâncias semelhantes a chifres ... Alguns machos não têm chifres e, portanto, não se envolvem em combate, mas têm gônadas e guardas maiores a fêmea no próximo túnel...
Bem, vamos passar da letra diretamente para a pesquisa em si.
Como mencionei anteriormente, algumas espécies de escaravelhos formam bolas e as rolam em linha reta, independentemente da qualidade ou dificuldade do percurso escolhido, até um buraco de armazenamento. É com esse comportamento desses besouros que estamos mais familiarizados graças a inúmeros documentários. Sabemos também que além da força (algumas espécies conseguem levantar 1000 vezes o seu próprio peso), das preferências gastronómicas e do cuidado com a prole, os besouros rola-bosta têm uma excelente orientação espacial. Além disso, são os únicos insetos capazes de navegar à noite utilizando as estrelas.
Na África do Sul (local das observações), um escaravelho, tendo encontrado uma “presa”, forma uma bola e começa a rolá-la em linha reta em uma direção aleatória, principalmente para longe dos competidores que não hesitarão em tirar a comida que obteve. Portanto, para que uma fuga seja eficaz, é preciso andar sempre na mesma direção, sem sair do rumo.
O sol é o principal ponto de referência, como já sabemos, mas não é o mais confiável. A altura do sol muda ao longo do dia, o que reduz a precisão da orientação. Por que os besouros não começam a correr em círculos, confundindo a direção e verificando o mapa a cada 2 minutos? É lógico supor que o sol não é a única fonte de informação para orientação no espaço. E então os cientistas sugeriram que o segundo ponto de referência para os besouros é o vento, ou melhor, sua direção. Esta não é uma característica única, pois as formigas e até as baratas são capazes de usar o vento para encontrar o caminho.
No seu trabalho, os cientistas decidiram testar como os escaravelhos utilizam esta informação sensorial multimodal, quando preferem navegar pelo sol e quando pela direção do vento, e se utilizam as duas opções em simultâneo. Observações e medições foram feitas no ambiente natural dos sujeitos, bem como em condições laboratoriais simuladas e controladas.
Resultados do estudo
Neste estudo, o papel do sujeito principal foi desempenhado por um besouro da espécie Scarabaeus lamarcki, e observações no ambiente natural foram realizadas no território da fazenda Stonehenge, próximo a Joanesburgo (África do Sul).
Imagem nº 1: mudanças na velocidade do vento durante o dia (А), mudanças na direção do vento durante o dia (В).
Foram realizadas medições preliminares da velocidade e direção do vento. À noite, a velocidade foi mais baixa (<0,5 m/s), mas aumentou próximo ao amanhecer, atingindo um pico diário (3 m/s) entre 11h00 e 13h00 (altitude solar ∼70°).
Os valores de velocidade são notáveis porque excedem o limite de 0,15 m/s necessário para a orientação menotática dos besouros rola-bosta. Neste caso, o pico de velocidade do vento coincide na hora do dia com o pico de atividade dos besouros. Scarabaeus lamarcki.
Os besouros rolam suas presas em linha reta desde o ponto de coleta até uma distância bastante grande. Em média, todo o percurso leva 6.1 ± 3.8 minutos. Portanto, durante este período de tempo eles devem seguir a rota com a maior precisão possível.
Se falamos da direção do vento, então durante o período de atividade máxima dos besouros (das 06h30 às 18h30), a mudança média na direção do vento durante um período de 6 minutos não é superior a 27.0°.
Ao combinar dados sobre velocidade e direção do vento ao longo do dia, os cientistas acreditam que tais condições climáticas são suficientes para a navegação multimodal dos besouros.
Imagem nº 2
É hora de observar. Para testar a possível influência do vento nas características de orientação espacial dos besouros rola-bosta, foi criada uma “arena” circular com comida no centro. Os besouros ficaram livres para rolar as bolas que formaram em qualquer direção a partir do centro, na presença de um fluxo de ar estável e controlado a uma velocidade de 3 m/s. Esses testes foram realizados em dias claros, quando a altitude do sol variou ao longo do dia da seguinte forma: ≥75° (alta), 45–60° (média) e 15–30° (baixa).
Mudanças no fluxo de ar e na posição do sol podem mudar até 180° entre duas visitas de besouros (2А). Também vale a pena considerar o fato de que os besouros não sofrem de esclerose e, portanto, após a primeira visita, lembram-se do percurso que escolheram. Sabendo disso, os cientistas levam em consideração as mudanças no ângulo de saída da arena durante a entrada subsequente do besouro como um dos indicadores do sucesso da orientação.
Quando a altitude do sol ≥75° (alta), as mudanças no azimute em resposta a uma mudança de 180° na direção do vento entre o primeiro e o segundo conjunto foram agrupadas em torno de 180° (P < 0,001, teste V) com uma mudança média de 166.9 ± 79.3 ° (2B). Neste caso, uma mudança na posição do sol (foi usado um espelho) em 180° causou uma reação sutil de 13,7 ± 89,1° (círculo inferior na 2B).
Curiosamente, em altitudes solares médias e baixas, os besouros mantiveram-se nas suas rotas apesar das mudanças na direção do vento - altitude média: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; baixa altitude: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Mas mudar a direção dos raios solares em 180° teve a reação oposta, ou seja, uma mudança radical na direção do percurso do besouro - altura média: 153,9 ± 83,3°; baixa altitude: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (círculos inferiores em 2А, 2S и 2D).
Talvez a orientação não seja influenciada pelo vento em si, mas pelos cheiros. Para testar isso, um segundo grupo de besouros de teste teve seus segmentos antenais distais, responsáveis pelo olfato, removidos. As mudanças de rota em resposta às mudanças de 180° na direção do vento exibidas por esses besouros ainda estavam significativamente agrupadas em torno de 180°. Em outras palavras, praticamente não há diferença no grau de orientação entre besouros com e sem olfato.
Uma conclusão intermediária é que os besouros rola-bosta usam o sol e o vento em sua orientação. Neste caso, sob condições controladas de laboratório, descobriu-se que a bússola do vento domina a bússola solar nas altas altitudes do sol, mas a situação começa a mudar quando o sol se aproxima do horizonte.
Esta observação indica que existe um sistema dinâmico de bússola multimodal, no qual a interação entre as duas modalidades muda de acordo com a informação sensorial. Ou seja, o besouro navega a qualquer hora do dia, contando com a fonte de informação mais confiável naquele determinado momento (o sol está baixo - o sol é uma referência; o sol está alto - o vento é uma referência).
A seguir, os cientistas decidiram verificar se o vento ajuda ou não na orientação dos besouros. Para tanto, foi preparada uma arena com diâmetro de 1 m com alimentos no centro. No total, os besouros fizeram 20 pores do sol em posição elevada do sol: 10 com vento e 10 sem vento (2F).
Como esperado, a presença do vento aumentou a precisão da orientação dos besouros. Observa-se que nas primeiras observações da precisão da bússola solar, a mudança no azimute entre dois conjuntos sucessivos é duplicada em uma posição alta do sol (>75°) em comparação com uma posição mais baixa (<60°).
Assim, percebemos que o vento desempenha um papel importante na orientação dos escaravelhos, compensando as imprecisões da bússola solar. Mas como um besouro coleta informações sobre a velocidade e direção do vento? Claro, o mais óbvio é que isso acontece através das antenas. Para verificar isso, os cientistas realizaram testes em ambientes fechados com fluxo de ar constante (3 m/s) com a participação de dois grupos de besouros - com e sem antenas (3A).
Imagem nº 3
O principal critério para a precisão da orientação foi a mudança no azimute entre duas aproximações quando a direção do fluxo de ar mudou em 180°.
As mudanças na direção do movimento dos besouros com antenas foram agrupadas em torno de 180°, em contraste com os besouros sem antenas. Além disso, a mudança absoluta média no azimute para besouros sem antenas foi de 104,4 ± 36,0°, o que é muito diferente da mudança absoluta para besouros com antenas - 141,0 ± 45,0° (gráfico em 3V). Ou seja, besouros sem antenas não conseguiriam navegar normalmente com o vento. No entanto, eles ainda estavam bem orientados pelo sol.
na imagem 3А mostra uma configuração de teste para testar a capacidade dos besouros de combinar informações de diferentes modalidades sensoriais para ajustar sua rota. Para isso, o teste incluiu ambos os pontos de referência (vento + sol) durante a primeira aproximação, ou apenas um ponto de referência (sol ou vento) durante a segunda. Dessa forma, foram comparadas multimodalidade e unimodalidade.
As observações mostraram que as mudanças na direção do movimento dos besouros após a transição de um marco multimodal para um unimodal concentraram-se em torno de 0°: apenas vento: −8,2 ± 64,3°; apenas sol: 16,5 ± 51,6° (gráficos no centro e à direita 3C).
Esta característica de orientação não diferiu daquela obtida na presença de dois marcos (sol + vento) (gráfico à esquerda em 3S).
Isso sugere que, sob condições controladas, um besouro pode utilizar um ponto de referência se o segundo não fornecer informações suficientes, ou seja, compensar a imprecisão de um ponto de referência com o segundo.
Se você acha que os cientistas pararam por aí, então não é assim. Em seguida, foi necessário verificar se os besouros armazenam bem as informações sobre um dos marcos e se futuramente as utilizarão como complemento. Para tanto, foram realizadas 4 abordagens: na primeira houve 1 marco (o sol), na segunda e na terceira foi adicionado um fluxo de ar, e na quarta houve apenas um fluxo de ar. Também foi realizado um teste onde os marcos estavam na ordem inversa: vento, sol + vento, sol + vento, sol.
Uma teoria provisória é que se os besouros podem armazenar informações sobre ambos os pontos de referência na mesma região de memória espacial do cérebro, então eles deveriam manter a mesma direção na primeira e na quarta visitas, ou seja, mudanças na direção do movimento devem se agrupar em torno de 0°.
Imagem nº 4
Os dados recolhidos sobre a alteração do azimute durante a primeira e a quarta execuções confirmaram a suposição acima (4A), que foi posteriormente confirmada através da modelação, cujos resultados são representados no gráfico 4C (esquerda).
Como verificação adicional, foram realizados testes onde o fluxo de ar foi substituído por uma mancha ultravioleta (4B e 4C à direita). Os resultados foram quase idênticos aos testes de sol e fluxo de ar.
Para uma compreensão mais detalhada das nuances do estudo, recomendo dar uma olhada em и para ele.
Epílogo
A combinação de resultados de experimentos em ambientes naturais e controlados mostrou que nos besouros rola-bosta, as informações visuais e mecanossensoriais convergem em uma rede neural comum e são armazenadas como um instantâneo de uma bússola multimodal. Uma comparação da eficácia do uso do sol ou do vento como referência mostrou que os besouros tendiam a usar a referência que lhes fornecia mais informações. O segundo é utilizado como sobressalente ou complementar.
Isso pode parecer algo muito comum para nós, mas não se esqueça que nosso cérebro é muito maior que o de um pequeno inseto. Mas, como aprendemos, mesmo as criaturas mais pequenas são capazes de processos mentais complexos, pois na natureza a sua sobrevivência depende da força ou da inteligência e, na maioria das vezes, de uma combinação de ambas.
Sexta-feira off-top:
Até os besouros lutam pelas presas. E não importa que a presa seja uma bola de esterco.
(BBC Terra, David Attenborough)
Obrigado pela leitura, fiquem curiosos e tenham um ótimo final de semana pessoal! 🙂
Obrigado por ficar com a gente. Gostou dos nossos artigos? Quer ver mais conteúdos interessantes? Apoie-nos fazendo um pedido ou recomendando a amigos, 30% de desconto para usuários do Habr em um análogo exclusivo de servidores básicos, que foi inventado por nós para você: (disponível com RAID1 e RAID10, até 24 núcleos e até 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 vezes mais barato? Só aqui na Holanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - a partir de US$ 99! Ler sobre
Fonte: habr.com