Există întrebări pe care le-am pus sau am încercat să le răspundem: de ce este cerul albastru, câte stele sunt pe cer, cine este mai puternic - rechinul alb sau orca etc. Și există întrebări pe care nu le-am pus, dar răspunsul nu devine mai puțin interesant. Printre aceste întrebări se află următoarea - ce anume important au decis să cerceteze cercetătorii de la Universitatea Lund (Suedia), Universitatea Witwatersrand (Africa de Sud), Universitatea Stockholm (Suedia) și Universitatea Würzburg (Germania) împreună? Probabil, este ceva foarte important, foarte complex și incredibil de util. Ei bine, este greu să spunem cu siguranță, dar cu siguranță este foarte fascinant, mai precis - cum se orientează gândacii de bălegar în spațiu. La prima vedere, pare trivial, dar lumea noastră este plină de lucruri care nu sunt la fel de simple cum par, iar gândacii de bălegar confirmă acest fapt. Așadar, ce este atât de unic în sistemul de navigație al gândacului de bălegar, cum au verificat cercetătorii acest lucru și ce legătură are competiția? Vom găsi răspunsuri la aceste și alte întrebări în raportul grupului de cercetare. Hai să mergem.
Personajul principal
În primul rând, trebuie să ne familiarizăm cu personajul principal al acestui studiu. Este puternic, harnic, perseverent, frumos și grijuliu. Este un gândac de bălegar din superfamília scarabeoidă.
Gândacii de bălegar au primit numele lor nu prea atrăgător din cauza preferințelor lor culinare. Pe de o parte, este puțin dezgustător, dar pentru gândacul de bălegar, aceasta este o sursă excelentă de nutrienți, din care majoritatea speciilor din această familie nu au nevoie de alte surse de hrană și chiar de apă. Singura excepție este specia Deltochilum valgum, ai cărei reprezentanți adoră să se răsfețe cu lipitori.
Gândacii de bălegar pot invidia majoritatea celorlalte ființe vii, deoarece se găsesc pe toate continentele, cu excepția Antarctidei. Arealul lor variază de la păduri răcoroase la deșerturi fierbinți. Este evident că o mare adunare de gândaci de bălegar este mai ușor de întâlnit în locurile unde trăiesc animalele care sunt 'fabrici' pentru producerea hranei lor. Gândacii de bălegar preferă să își depoziteze hrana pentru viitor.
Un scurt film despre gândacii de bălegar și dificultățile stilului lor de viață (BBC, David Attenborough).
Diferite tipuri de gândaci au propriile lor caracteristici de adaptare comportamentală. Unii formează bile din bălegar, pe care le rostogolesc de la locul de colectare și le îngroapă în vizuină. Alții săpa tuneluri sub pământ, umplându-le cu hrană. Iar alții, cunoscând zicala despre Mahomed și munte, trăiesc pur și simplu în mormanul de bălegar.
Rezervele de hrană sunt importante pentru gândac, dar nu din motive de auto-conservare, ci mai degrabă pentru îngrijirea viitoarelor generații. Este vorba că larvele gândacilor de bălegar trăiesc din ceea ce părinții lor au strâns anterior. Și cu cât este mai mult bălegar, adică hrană pentru larve, cu atât mai mari sunt șansele ca ele să supraviețuiască.
Am dat peste o astfel de formulare în timpul colectării informațiilor, iar sună oarecum nefiresc, în special partea finală:…Băieții se luptă pentru fete, sprijinindu-se cu picioarele de pereții tunelului și împingându-și rivalul cu excrescențele lor în formă de coarne… Unii băieți nu au coarne și de aceea nu se angajează în luptă, dar au glande reproductive mai mari și pândesc o femelă în tunelul vecin…
Ei bine, să trecem de la lirică la cercetare propriu-zisă.
Așa cum am menționat anterior, unele specii de gândaci de bălegar formează bile și le rostogolesc într-o linie dreaptă, fără a ține cont de calitatea și dificultatea traseului ales, spre vizuina de depozitare. Acest comportament al gândacilor ne este cel mai bine cunoscut datorită numeroaselor filme documentare. De asemenea, știm că, pe lângă forță (unele specii pot ridica o greutate de 1000 de ori mai mare decât propria greutate), preferințele gastronomice și grija față de urmașe, gândacii de bălegar se orientează excelent în spațiu. Mai mult, ei sunt singurele insecte care pot naviga noaptea după stele.
În Africa de Sud (locul unde se desfășoară observațiile), gândacul de bălegar, aflând o „pradă”, formează o bilă și începe să o rostogolească într-o linie dreaptă într-o direcție aleatorie, departe de concurenți, care nu ezită să-i ia hrana. Astfel, pentru ca evadarea să fie eficientă, trebuie să te miști în aceeași direcție tot timpul, fără a te abate de la curs.
Soarele este principala referință, așa cum știm deja, dar nu este cea mai fiabilă. Înălțimea soarelui se schimbă pe parcursul zilei, ceea ce reduce precizia orientării. De ce nu încep însă gândacii să facă rotocoale, să se lase duși de direcție și să consulte o hartă la fiecare 2 minute? Este logic să presupunem că soarele nu este singura sursă de informații pentru orientarea în spațiu. Și aici, cercetătorii au sugerat că a doua referință pentru gândaci este vântul, mai exact direcția acestuia. Aceasta nu este o caracteristică unică, deoarece furnicile și chiar gândacii pot folosi vântul pentru a găsi calea.
În lucrarea lor, cercetătorii au decis să verifice cum gândacii de gunoi utilizează aceste informații senzoriale multimodale, când preferă să se orienteze după soare și când după direcția vântului, și dacă folosesc ambele opțiuni simultan. Au fost efectuate observații și măsurători în mediul lor natural, precum și în condiții de laborator controlate simulate.
Rezultatele cercetării
În această cercetare, principala specie studiată a fost gândacul din specia Scarabaeus lamarcki, iar observațiile în mediul natural au fost realizate pe teritoriul fermei „Stonehenge”, situată aproape de Johannesburgu (Africa de Sud).
Imaginea nr. 1: variațiile vitezei vântului pe parcursul unei zile (Un), variațiile direcției vântului pe parcursul unei zile (În).
Au fost realizate măsurători preliminare ale vitezei și direcției vântului. În timpul nopții, viteza a fost cea mai mică ( <0,5 m/s), dar aproape de răsărit a crescut, atingând un vârf zilnic (3 m/s) în perioada 11:00 – 13:00 (înălțimea soarelui ∼70°).
Valorile vitezei sunt remarcabile prin faptul că depășesc pragul de 0,15 m/s, necesar pentru orientarea menotactică a gândacilor de gunoi. De asemenea, vârful vitezei vântului coincide în timp cu vârful de activitate a gândacilor. Scarabaeus lamarcki.
Gândacii își rostogolesc prada într-o linie dreaptă de la locul de adunare pe o distanță considerabilă. În medie, întreaga rută durează 6.1 ± 3.8 minute. Prin urmare, pe parcursul acestui interval de timp, trebuie să respecte ruta cât mai precis.
Dacă discutăm despre direcția vântului, în perioada de maximă activitate a gândacilor (de la 06:30 la 18:30), schimbarea medie a direcției vântului pe parcursul unui interval de 6 minute nu depășește 27.0°.
Combinând datele privind viteza și direcția vântului pe parcursul zilei, cercetătorii consideră că aceste condiții meteorologice sunt suficiente pentru orientarea multimodală a gândacilor.
Imaginea nr. 2
A sosit vremea observațiilor. Pentru a verifica posibila influență a vântului asupra caracteristicilor de orientare ale gândacilor de bălegar în spațiu, a fost creat un „arenă” rotundă, în centrul căreia se afla hrana. Gândacii puteau să rotească liber biluțele formate de ei în orice direcție de la centru, în prezența unei brize controlate, cu o viteză de 3 m/s. Aceste teste au fost efectuate în zile senine, când înălțimea soarelui varia pe parcursul zilei astfel: ≥75° (înaltă), 45–60° (medie) și 15–30° (scăzută).
Modificările fluxului de aer și poziției soarelui pot varia cu 180° între cele două incursiuni ale gândacului (2A). Este de menționat că gândacii nu suferă de scleroză, astfel că, după prima incursiune, își amintesc ruta aleasă. Având în vedere acest lucru, cercetătorii iau în considerare modificările unghiului de ieșire din arenă în timpul următoarei incursiuni a gândacului ca unul dintre indicatorii succesului orientării.
La înălțimea soarelui ≥75° (înaltă), modificările azimutului ca răspuns la schimbarea direcției vântului cu 180° între prima și a doua incursiune au fost grupate în jurul valorii de 180° (P <0,001, test V) cu o modificare medie de 166.9 ± 79.3° (2B). În acest caz, modificarea poziției soarelui (a fost utilizat un oglinjoară) cu 180° a provocat o reacție aproape imperceptibilă de 13.7 ± 89.1° (cercul inferior pe 2B).
Este interesant că, la înălțimi medii și scăzute ale soarelui, gândacii și-au respectat traseele, în ciuda modificărilor direcției vântului — înălțime medie: -15.9 ± 40.2°; P < 0.001; înălțime scăzută: 7.1 ± 37.6°, P <0.001 (2C și 2D). Însă modificările direcției razelor solare cu 180° au avut o reacție inversă, adică o schimbare radicală de direcție a traseului gândacului — înălțime medie: 153.9 ± 83.3°; înălțime scăzută: −162 ± 69.4°; P <0.001 (cercurile inferioare pe 2A, 2С și 2D).
Este posibil ca nu vântul să influențeze orientarea, ci mirosurile. Pentru a verifica acest lucru, grupului doi de gândaci le-au fost îndepărtate segmentele distale ale antenelor, care răspund la miros. Modificările traseului ca răspuns la schimbarea direcției vântului cu 180° demonstrate de acești gândaci au fost în continuare semnificativ grupate în jurul valorii de 180°. Cu alte cuvinte, nu există nicio diferență în gradul de orientare între gândacii cu și fără simțul mirosului.
Concluzia intermediară este că gândacii de bălegar folosesc soarele și vântul în orientarea lor. În condiții de laborator controlate, s-a stabilit că comasul vântului predomină asupra celui solar în cazul unui soare înalt, dar situația începe să se schimbe pe măsură ce soarele se apropie de orizont.
Această observație indică faptul că există un sistem dinamic multimodal de orientare, în care interacțiunea dintre cele două modalități se schimbă în funcție de informația senzorială. Adică, gândacul se orientează în orice moment al zilei, bazându-se pe cea mai fiabilă sursă de informație în acel moment specific (soarele jos — orientare după soare; soarele sus — orientare după vânt).
În continuare, oamenii de știință au decis să verifice dacă vântul ajută sau nu gândacii în orientare. Pentru aceasta, a fost pregătită o arenă cu un diametru de 1 m, cu hrană în centru. În total, gândacii au realizat 20 de abordări în condiții de soare înalt: 10 cu vânt și 10 fără vânt (2F).
Așa cum era de așteptat, prezența vântului a crescut precizia orientării gândacilor. Se observă că, în observațiile timpurii privind precizia busolei solare, schimbarea azimutului între două abordări consecutive crește de două ori atunci când soarele este înalt (> 75°) comparativ cu o poziție mai joasă (<60°).
Așadar, am înțeles că vântul joacă un rol important în orientarea gândacilor de bălegar, compensând impreciziile busolei solare. Dar cum reușește gândacul să adune informații despre viteza și direcția vântului? Desigur, este cel mai evident că acest lucru se face prin intermediul antenelor. Pentru a se asigura de acest lucru, oamenii de știință au efectuat teste în interior, cu un flux constant de aer (3 m/s) implicând două grupuri de gândaci — cu antene și fără (3A).
Imaginea nr. 3
Ca criteriu principal pentru precizia orientării a fost modificarea azimutului între două aterizări, în condițiile schimbării direcției fluxului de aer cu 180°.
Schimbarea direcției de mișcare a gândacilor cu antene a fost grupată în jurul valorii de 180°, spre deosebire de gândacii fără antene. În plus, schimbarea absolută medie a azimutului la gândacii fără antene a fost de 104,4 ± 36,0°, ceea ce diferă semnificativ de schimbarea absolută la gândacii cu antene — 141,0 ± 45,0° (graficul la 3В). Astfel, gândacii fără antene nu au reușit să se orienteze corespunzător în funcție de vânt. Cu toate acestea, ei s-au orientat bine după soare.
În imaginea 3А este prezentată setarea testului pentru a verifica capacitatea gândacilor de a combina informațiile din diferite modalități senzoriale pentru a-și corecta ruta. Pentru aceasta, testul a inclus ambele repere (vânt + soare) în timpul primei aterizări sau doar un singur reper (soare sau vânt) în timpul celei de-a doua. Astfel, s-a comparat multimodalitatea și unimodalitatea.
Observațiile au arătat că schimbările de direcție ale gândacilor după trecerea de la un reper multimodal la unul unimodal s-au concentrat în jurul valorii de 0°: doar vânt: −8,2 ± 64,3°; doar soare: 16,5 ± 51,6° (graficele din centru și dreapta la 3C).
Această caracteristică a orientării nu a difert de cea obținută în prezența a două repere (soare + vânt) (graficul din stânga la 3С).
Acest lucru sugerează că, în condiții controlate, gândacul poate folosi un reper dacă celălalt nu oferă suficiente informații, compensând astfel imprecizia unui reper cu ajutorul altuia.
Dacă credeți că cercetătorii s-au oprit aici, nu este așa. În continuare, era necesar să se verifice cât de bine își păstrează gândacii informația despre unul dintre repere și dacă o folosesc în viitor ca supliment. Pentru aceasta, au fost efectuate 4 aterizări: în prima a fost un reper (soarele), în a doua și a treia a fost adăugat fluxul de aer, iar în timpul celei de-a patra a fost doar fluxul de aer. De asemenea, a fost realizat un test în care reperele au fost în ordine inversă: vânt, soare + vânt, soare + vânt, soare.
Teoria preliminară sugerează că, dacă gândacii pot stoca informații despre ambele repere într-o aceeași zonă a memoriei spațiale din creier, atunci ei ar trebui să mențină aceeași direcție în prima și a patra incursiune, adică schimbările direcției de mișcare ar trebui să se grupeze în jurul valorii de 0°.
Imaginea nr. 4
Datele colectate privind schimbarea azimutului în timpul primei și a patra incursiune au confirmat ipoteza menționată anterior (4A), care a fost de asemenea susținută prin modelare, rezultatele fiind reprezentate în graficul 4C (stânga).
Ca o verificare suplimentară, au fost realizate teste în care fluxul de aer a fost înlocuit cu un spot de ultraviolete (4B și 4C, dreapta). Rezultatele au fost practic identice cu cele obținute în testele cu soare și flux de aer.
Pentru o mai bună înțelegere a nuanțelor cercetării, vă recomand să consultați și la acesta.
Epilog
Consemnarea rezultatelor experimentelor atât în mediul natural, cât și în cel controlat a arătat că pentru gândacii de bălegar, informațiile vizuale și mecanosenzoriale converge în aceeași rețea neuronală și sunt păstrate sub formă de instantanee a unui busol multimodal. Compararea eficienței utilizării fie a soarelui, fie a vântului ca reper a demonstrat că gândacii folosesc mai mult reperul care le oferă mai multe informații. Celălalt este utilizat ca rezervă sau complement.
Acest lucru poate părea destul de obișnuit pentru noi, dar să nu uităm că și creierul nostru este mult mai mare decât cel al unui mic gândăcel. Dar, așa cum am înțeles, chiar și cele mai mici ființe sunt capabile de procese cognitive complexe, căci în natura sălbatică, supraviețuirea ta depinde fie de forță, fie de inteligență, iar adesea de combinația ambelor.
Off-topic de vineri:
Chiar și gândacii se luptă pentru hrană. Și nu contează că prada este o bilă de bălegar.
(BBC Earth, David Attenborough)
Vă mulțumesc pentru atenție, rămâneți curioși și aveți un weekend excelent, tuturor! 🙂
Vă mulțumim că rămâneți cu noi. Vă plac articolele noastre? Doriți să vedeți mai multe materiale interesante? Susțineți-ne făcând o comandă sau recomandându-ne prietenilor. 30% reducere pentru utilizatorii Habr pentru un server entry-level unic, creat special pentru tine: (sunt disponibile opțiuni cu RAID1 și RAID10, până la 24 nuclee și până la 40GB DDR4).
Dell R730xd la jumătate de preț? Numai la noi în Olanda! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — de la 99 $! Citiți despre
Sursa: habr.com
