Sunt întrebări la care am pus sau am încercat să răspundem: de ce este cerul albastru, câte stele sunt pe cer, cine este mai puternic - un rechin alb sau o balenă ucigașă etc. Și există întrebări pe care nu le-am pus, dar asta nu face răspunsul mai puțin interesant. Astfel de întrebări includ următoarele: ce atât de important au combinat oamenii de știință de la universitățile Lund (Suedia), Witwatersrand (Africa de Sud), Stockholm (Suedia) și Würzburg (Germania)? Acesta este probabil ceva foarte important, foarte complex și incredibil de util. Ei bine, este dificil de spus cu siguranță despre acest lucru, dar este cu siguranță foarte interesant, și anume modul în care gândacii de bălegar navighează în spațiu. La prima vedere, totul aici este banal, dar lumea noastră este plină de lucruri care nu sunt atât de simple pe cât par, iar gândacii de bălegar sunt dovada acestui lucru. Deci, ce este atât de unic la sistemul de navigație al gândacului de bălegar, cum l-au testat oamenii de știință și ce legătură are concurența cu el? Vom găsi răspunsuri la aceste și alte întrebări în raportul grupului de cercetare. Merge.
protagonist
În primul rând, merită să cunoaștem caracterul principal al acestui studiu. Este puternic, muncitor, persistent, frumos și grijuliu. Este un gândac de bălegar din superfamilia Scarabaeidae.
Gândacii de bălegar și-au primit numele nu foarte atractiv datorită preferințelor lor gastronomice. Pe de o parte, acest lucru este puțin groaznic, dar pentru gândacul de bălegar este o sursă excelentă de nutrienți, motiv pentru care majoritatea speciilor din această familie nu au nevoie de alte surse de hrană sau chiar de apă. Singura excepție este specia Deltochilum valgum, ai cărei reprezentanți adoră să se ospăte cu centipede.
Prevalența gândacilor de bălegar este invidia majorității celorlalte creaturi vii, deoarece trăiesc pe toate continentele, cu excepția Antarcticii. Habitatul variază de la păduri răcoroase la deșerturi fierbinți. Evident, este mai ușor să găsești concentrații mari de gândaci de bălegar în habitatele animale care sunt „fabrici” pentru producerea hranei lor. Gândacii de bălegar preferă să depoziteze hrana pentru viitor.
Un scurt videoclip despre gândacii de bălegar și complexitățile modului lor de viață (BBC, David Attenborough).
Diferite specii de gândaci au propriile lor caracteristici de adaptare comportamentală. Unele formează bile de gunoi de grajd, care sunt rulate din locul de colectare și îngropate într-o gaură. Alții sapă tuneluri sub pământ, umplându-le cu mâncare. Și încă alții, care cunosc zicala despre Mahomed și durere, pur și simplu trăiesc în grămezi de bălegar.
Rezervele de hrană sunt importante pentru gândac, dar nu atât din motive de autoconservare, cât din motive de îngrijire a viitorilor urmași. Faptul este că larvele gândacului de bălegar trăiesc în ceea ce părintele lor a colectat mai devreme. Și cu cât mai mult gunoi de grajd, adică hrană pentru larve, cu atât sunt mai multe șanse ca acestea să supraviețuiască.
Am dat peste această formulare în procesul de colectare a informațiilor și nu sună foarte bine, mai ales ultima parte:... Masculii luptă pentru femele, sprijinindu-și picioarele de pereții tunelului și împingându-și adversarul cu excrescențe asemănătoare coarnelor ... Unii masculi nu au coarne și, prin urmare, nu se angajează în luptă, dar au gonade mai mari și pază. femela din tunelul următor...
Ei bine, să trecem de la versuri direct la cercetarea în sine.
După cum am menționat mai devreme, unele specii de gândaci de bălegar formează bile și le rostogolesc în linie dreaptă, indiferent de calitatea sau dificultatea traseului ales, într-o gaură de depozitare. Acest comportament al acestor gândaci este cel mai familiar cu care suntem datorită numeroaselor documentare. De asemenea, știm că, pe lângă forță (unele specii pot ridica de 1000 de ori propria greutate), preferințele gastronomice și grija pentru urmașii lor, gândacii de bălegar au o orientare spațială excelentă. Mai mult, sunt singurele insecte care sunt capabile să navigheze noaptea folosind stelele.
În Africa de Sud (locația observațiilor), un gândac de bălegar, după ce a găsit „pradă”, formează o minge și începe să o rostogolească în linie dreaptă într-o direcție aleatorie, cel mai important, departe de concurenți care nu vor ezita să ia. hrana pe care a obtinut-o. Prin urmare, pentru ca o evadare să fie eficientă, trebuie să te miști tot timpul în aceeași direcție, fără a devia cursului.
Soarele este principalul punct de referință, așa cum știm deja, dar nu este cel mai de încredere. Înălțimea soarelui se modifică pe parcursul zilei, ceea ce reduce precizia orientării. De ce gândacii nu încep să alerge în cerc, să se încurce în direcție și să verifice harta la fiecare 2 minute? Este logic să presupunem că soarele nu este singura sursă de informații pentru orientarea spațială. Și apoi oamenii de știință au sugerat că al doilea punct de referință pentru gândaci este vântul, sau mai degrabă direcția acestuia. Aceasta nu este o caracteristică unică, deoarece furnicile și chiar gândacii sunt capabili să folosească vântul pentru a-și găsi drumul.
În munca lor, oamenii de știință au decis să testeze modul în care gândacii de bălegar folosesc aceste informații senzoriale multimodale, când preferă să navigheze după soare și când după direcția vântului și dacă folosesc ambele opțiuni simultan. Observațiile și măsurătorile au fost efectuate în mediul natural al subiecților, precum și în condiții de laborator simulate, controlate.
Rezultatele studiului
În acest studiu, rolul subiectului principal a fost jucat de un gândac al speciei Scarabaeus lamarcki, iar observații în mediul natural au fost efectuate pe teritoriul fermei Stonehenge, lângă Johannesburg (Africa de Sud).
Imaginea nr. 1: modificări ale vitezei vântului în timpul zilei (А), modificări ale direcției vântului în timpul zilei (В).
Au fost efectuate măsurători preliminare ale vitezei și direcției vântului. Noaptea, viteza a fost cea mai scăzută (<0,5 m/s), dar a crescut mai aproape de zori, atingând un vârf zilnic (3 m/s) între orele 11:00 și 13:00 (altitudine solară ∼70°).
Valorile vitezei sunt notabile deoarece depășesc pragul de 0,15 m/s necesar pentru orientarea menotactică a gândacilor de bălegar. În acest caz, viteza de vârf a vântului coincide în momentul zilei cu activitatea de vârf a gândacilor Scarabaeus lamarcki.
Gândacii își rostogolesc prada în linie dreaptă de la punctul de colectare la o distanță destul de mare. În medie, întregul traseu durează 6.1 ± 3.8 minute. Prin urmare, în această perioadă de timp trebuie să urmeze traseul cât mai precis posibil.
Dacă vorbim despre direcția vântului, atunci în perioada de activitate maximă a gândacilor (de la 06:30 la 18:30), schimbarea medie a direcției vântului într-o perioadă de timp de 6 minute nu este mai mare de 27.0 °.
Prin combinarea datelor despre viteza și direcția vântului pe parcursul zilei, oamenii de știință cred că astfel de condiții meteorologice sunt suficiente pentru navigația multimodală a gândacilor.
Imaginea #2
E timpul să observăm. Pentru a testa posibila influență a vântului asupra caracteristicilor de orientare spațială ale gândacilor de bălegar, a fost creată o „arenă” circulară cu hrană în centru. Gândacii au fost liberi să rostogolească bilele pe care le formau în orice direcție din centru în prezența unui flux de aer controlat, stabil la o viteză de 3 m/s. Aceste teste au fost efectuate în zile senine când altitudinea soarelui a variat de-a lungul zilei, după cum urmează: ≥75° (mare), 45–60° (medie) și 15–30° (joasă).
Modificările fluxului de aer și ale poziției soarelui se pot schimba până la 180° între două vizite ale gândacului (2A). De asemenea, merită luat în considerare faptul că gândacii nu suferă de scleroză și, prin urmare, după prima vizită își amintesc traseul pe care l-au ales. Știind acest lucru, oamenii de știință iau în considerare modificările unghiului de ieșire din arenă în timpul intrării ulterioare a gândacului ca unul dintre indicatorii succesului orientării.
Când altitudinea soarelui ≥75° (înaltă), modificările azimutului ca răspuns la o schimbare de 180° a direcției vântului între primul și al doilea set au fost grupate în jurul a 180° (P < 0,001, test V) cu o modificare medie de 166.9 ± 79.3 ° (2B). În acest caz, o modificare a poziției soarelui (a fost folosită o oglindă) cu 180° a provocat o reacție subtilă de 13,7 ± 89,1° (cercul inferior pe 2B).
Interesant este că la altitudini medii și scăzute ale soarelui, gândacii s-au lipit de traseele lor în ciuda modificărilor direcției vântului - altitudine medie: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; altitudine joasă: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Dar schimbarea direcției razelor solare cu 180° a avut reacția opusă, adică o schimbare radicală a direcției traseului gândacului - înălțimea medie: 153,9 ± 83,3°; altitudine joasă: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (cercurile inferioare în 2A, 2S и 2D).
Poate că orientarea este influențată nu de vânt în sine, ci de mirosuri. Pentru a testa acest lucru, unui al doilea grup de gândaci de testare au fost îndepărtate segmentele distale ale antenei, care sunt responsabile pentru simțul mirosului. Schimbările de rută ca răspuns la schimbările de 180° ale direcției vântului prezentate de acești gândaci au fost încă semnificativ grupate în jurul a 180°. Cu alte cuvinte, practic nu există nicio diferență în gradul de orientare între gândacii cu și fără simțul mirosului.
O concluzie intermediară este că gândacii de bălegar folosesc soarele și vântul în orientarea lor. În acest caz, în condiții de laborator controlate, s-a constatat că busola vântului domină peste compasul solar la altitudini mari ale soarelui, dar situația începe să se schimbe atunci când soarele se apropie de orizont.
Această observație indică faptul că există un sistem de busolă multimodal dinamic, în care interacțiunea dintre cele două modalități se modifică în funcție de informațiile senzoriale. Adică gândacul navighează în orice moment al zilei, bazându-se pe cea mai fiabilă sursă de informații în acel moment anume (soarele este jos - soarele este o referință; soarele este sus - vântul este o referință).
În continuare, oamenii de știință au decis să verifice dacă vântul ajută sau nu la orientarea gândacilor. În acest scop a fost pregătită o arenă cu diametrul de 1 m cu mâncare în centru. În total, gândacii au făcut 20 de apusuri la o poziție înaltă a soarelui: 10 cu vânt și 10 fără vânt (2F).
După cum era de așteptat, prezența vântului a crescut precizia orientării gândacilor. Se observă că în observațiile timpurii ale preciziei busolei solare, modificarea azimutului între două seturi succesive este dublată la o poziție ridicată a soarelui (>75°) în comparație cu o poziție inferioară (<60°).
Așadar, ne-am dat seama că vântul joacă un rol important în orientarea gândacilor de bălegar, compensând inexactitățile busolei solare. Dar cum colectează un gândac informații despre viteza și direcția vântului? Desigur, cel mai evident lucru este că acest lucru se întâmplă prin antene. Pentru a verifica acest lucru, oamenii de știință au efectuat teste în interior la un flux de aer constant (3 m/s) cu participarea a două grupuri de gândaci - cu și fără antene (3A).
Imaginea #3
Principalul criteriu pentru precizia orientării a fost schimbarea azimutului între două abordări atunci când direcția fluxului de aer s-a schimbat cu 180°.
Schimbările în direcția de mișcare a gândacilor cu antene au fost grupate în jurul a 180°, spre deosebire de gândacii fără antene. În plus, modificarea medie absolută a azimutului pentru gândacii fără antene a fost de 104,4 ± 36,0°, ceea ce este foarte diferit de modificarea absolută pentru gândacii cu antene - 141,0 ± 45,0° (graficul din 3V). Adică gândacii fără antene nu puteau naviga normal în vânt. Cu toate acestea, erau încă bine orientați de soare.
Pe imagine 3A arată o configurație de testare pentru a testa capacitatea gândacilor de a combina informații din diferite modalități senzoriale pentru a-și ajusta traseul. Pentru a face acest lucru, testul a inclus ambele repere (vânt + soare) în timpul primei apropieri, sau doar un reper (soare sau vânt) în timpul celei de-a doua. În acest fel, s-a comparat multimodalitatea și unimodalitatea.
Observațiile au arătat că schimbările în direcția de mișcare a gândacilor după trecerea de la un reper multimodal la unul unimodal s-au concentrat în jurul valorii de 0°: doar vântul: −8,2 ± 64,3°; Doar soare: 16,5 ± 51,6° (grafice în centru și dreapta pe 3C).
Această caracteristică de orientare nu diferă de cea care a fost obținută în prezența a două repere (soare + vânt) (graficul din stânga în 3S).
Acest lucru sugerează că, în condiții controlate, un gândac poate folosi un reper dacă al doilea nu oferă suficiente informații, adică compensează inexactitatea unui reper cu al doilea.
Dacă credeți că oamenii de știință s-au oprit acolo, atunci nu este așa. În continuare, a fost necesar să se verifice cât de bine stochează gândacii informații despre unul dintre repere și dacă îl vor folosi în viitor ca supliment. În acest scop, au fost efectuate 4 abordări: în prima a fost 1 reper (soarele), în a doua și a treia a fost adăugat un flux de aer, iar în a patra a fost doar un flux de aer. S-a efectuat și un test unde reperele erau în ordine inversă: vânt, soare + vânt, soare + vânt, soare.
O teorie tentativă este că, dacă gândacii pot stoca informații despre ambele repere în aceeași regiune de memorie spațială din creier, atunci ar trebui să mențină aceeași direcție în prima și a patra vizită, de exemplu. modificările direcției de mișcare ar trebui să se concentreze în jurul valorii de 0°.
Imaginea #4
Datele colectate cu privire la modificarea azimutului în timpul primei și celei de-a patra curse au confirmat ipoteza de mai sus (4A), care a fost confirmată în continuare prin modelare, ale cărei rezultate sunt prezentate în graficul 4C (stânga).
Ca o verificare suplimentară, au fost efectuate teste în care fluxul de aer a fost înlocuit cu o pată ultravioletă (4B și 4C în dreapta). Rezultatele au fost aproape identice cu testele de soare și de debit de aer.
Pentru o cunoaștere mai detaliată a nuanțelor studiului, vă recomand să vă uitați la и către el.
Epilog
Combinația de rezultate din experimente atât în medii naturale, cât și în medii controlate a arătat că la gândacii de bălegar, informațiile vizuale și mecanosenzoriale converg într-o rețea neuronală comună și sunt stocate ca un instantaneu al unei busole multimodale. O comparație a eficienței utilizării fie a soarelui, fie a vântului ca referință a arătat că gândacii au avut tendința de a folosi referința care le-a furnizat mai multe informații. Al doilea este folosit ca rezerva sau complementar.
Acest lucru poate părea un lucru foarte obișnuit pentru noi, dar nu uitați că creierul nostru este mult mai mare decât cel al unui mic bug. Dar, după cum am aflat, chiar și cele mai mici creaturi sunt capabile de procese mentale complexe, pentru că în sălbăticie supraviețuirea ta depinde fie de putere, fie de inteligență și cel mai adesea de o combinație a ambelor.
Vineri off-top:
Chiar și gândacii se luptă pentru pradă. Și nu contează că prada este o minge de bălegar.
(BBC Earth, David Attenborough)
Mulțumesc pentru citit, rămâneți curioși și să aveți un weekend minunat băieți! 🙂
Vă mulțumim că ați rămas cu noi. Vă plac articolele noastre? Vrei să vezi mai mult conținut interesant? Susține-ne plasând o comandă sau recomandând prietenilor, Reducere de 30% pentru utilizatorii Habr la un analog unic de servere entry-level, care a fost inventat de noi pentru tine: (disponibil cu RAID1 și RAID10, până la 24 de nuclee și până la 40 GB DDR4).
Dell R730xd de 2 ori mai ieftin? Numai aici in Olanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - de la 99 USD! Citește despre
Sursa: www.habr.com