Sú otázky, na ktoré sme sa pýtali alebo sme sa ich snažili zodpovedať: prečo je obloha modrá, koľko hviezd je na oblohe, kto je silnejší - biely žralok alebo kosatka atď. A sú otázky, ktoré sme sa nepýtali, ale to nerobí odpoveď o nič menej zaujímavou. Takéto otázky zahŕňajú nasledovné: čo také dôležité spojili vedci z univerzít v Lunde (Švédsko), Witwatersrande (Južná Afrika), Štokholme (Švédsko) a Würzburgu (Nemecko)? Toto je pravdepodobne niečo veľmi dôležité, veľmi zložité a neuveriteľne užitočné. No, je ťažké o tom povedať s istotou, ale je to určite veľmi zaujímavé, konkrétne, ako sa chrobáky pohybujú vo vesmíre. Na prvý pohľad je tu všetko triviálne, no náš svet je plný vecí, ktoré nie sú také jednoduché, ako sa zdajú, a hnojníky sú toho dôkazom. Čo je teda jedinečné na navigačnom systéme chrobáka, ako ho vedci testovali a čo s tým má spoločné konkurencia? Odpovede na tieto a ďalšie otázky nájdeme v správe výskumnej skupiny. Choď.
protagonista
V prvom rade stojí za to spoznať hlavnú postavu tejto štúdie. Je silný, pracovitý, vytrvalý, pekný a starostlivý. Je to hnojník z nadčeľade Scarabaeidae.
Hnojníky dostali svoje nie príliš príťažlivé meno vďaka svojim gastronomickým preferenciám. Na jednej strane je to trochu hrubé, ale pre hnojníka je to výborný zdroj živín, a preto väčšina druhov tejto čeľade nepotrebuje iné zdroje potravy a dokonca ani vodu. Výnimkou je len druh Deltochilum valgum, ktorého zástupcovia radi hodujú na stonožkách.
Prevalenciu chrobákov závidí väčšina ostatných živých tvorov, keďže žijú na všetkých kontinentoch okrem Antarktídy. Biotop siaha od chladných lesov až po horúce púšte. Je zrejmé, že je ľahšie nájsť veľké koncentrácie chrobákov v biotopoch zvierat, ktoré sú „továrne“ na výrobu ich potravín. Hnojníky si radšej ukladajú jedlo do budúcnosti.
Krátke video o chrobákoch a zložitosti ich spôsobu života (BBC, David Attenborough).
Rôzne druhy chrobákov majú svoje vlastné charakteristiky prispôsobenia správania. Niektoré tvoria guličky hnoja, ktoré sa z miesta zberu skotúľajú a zahrabú do jamy. Iní kopú tunely pod zemou a plnia ich jedlom. A ďalší, ktorí poznajú príslovie o Mohamedovi a smútku, jednoducho žijú v hromadách hnoja.
Zásoby potravy sú pre chrobáka dôležité, no ani nie tak z dôvodov sebazáchovy, ale z dôvodov starostlivosti o budúce potomstvo. Faktom je, že larvy chrobákov žijú v tom, čo ich rodič nazbieral skôr. A čím viac hnoja, teda potravy pre larvy, tým je pravdepodobnejšie, že prežijú.
Na túto formuláciu som narazil v procese zhromažďovania informácií a neznie to veľmi dobre, najmä posledná časť:... Samce bojujú o samice, opierajú sa nohami o steny tunela a tlačia svojho súpera výrastkami podobnými rohom ... Niektorí samci nemajú rohy, a preto sa nezapájajú do boja, ale majú väčšie gonády a strážia žena v ďalšom tuneli...
No, prejdime od textov priamo k samotnému výskumu.
Ako som už spomínal, niektoré druhy chrobákov tvoria guľôčky, ktoré sa bez ohľadu na kvalitu alebo náročnosť zvolenej trasy v priamom smere stáčajú do úložného otvoru. Práve toto správanie týchto chrobákov je nám najznámejšie vďaka početným dokumentárnym filmom. Vieme tiež, že okrem sily (niektoré druhy dokážu zdvihnúť 1000-násobok svojej vlastnej hmotnosti), gastronomických preferencií a starostlivosti o svoje potomstvo majú hnojníky výbornú priestorovú orientáciu. Okrem toho sú jediným hmyzom, ktorý je schopný navigovať v noci pomocou hviezd.
V Južnej Afrike (miesto pozorovaní) hnojový chrobák, ktorý našiel „korisť“, vytvorí guľu a začne ju kotúľať v priamom smere náhodným smerom, čo je najdôležitejšie preč od konkurentov, ktorí nebudú váhať odobrať jedlo, ktoré získal. Preto, aby bol útek efektívny, musíte sa pohybovať stále rovnakým smerom, bez toho, aby ste vybočili z kurzu.
Slnko je hlavným referenčným bodom, ako už vieme, ale nie je najspoľahlivejšie. Výška slnka sa počas dňa mení, čo znižuje presnosť orientácie. Prečo chrobáky nezačnú behať v kruhoch, nie sú zmätené smerom a nekontrolujú mapu každé 2 minúty? Je logické predpokladať, že slnko nie je jediným zdrojom informácií pre orientáciu v priestore. A potom vedci navrhli, že druhým referenčným bodom pre chrobáky je vietor, alebo skôr jeho smer. Toto nie je jedinečná vlastnosť, pretože mravce a dokonca aj šváby dokážu pomocou vetra nájsť cestu.
Vedci sa vo svojej práci rozhodli otestovať, ako hnojáky využívajú tieto multimodálne senzorické informácie, kedy radšej navigujú podľa slnka a kedy podľa smeru vetra a či využívajú obe možnosti súčasne. Pozorovania a merania sa uskutočňovali v prirodzenom prostredí subjektov, ako aj v simulovaných, kontrolovaných laboratórnych podmienkach.
Výsledky štúdie
V tejto štúdii zohrával úlohu hlavného subjektu chrobák tohto druhu Scarabaeus lamarckia pozorovania v prírodnom prostredí sa uskutočnili na území farmy Stonehenge, neďaleko Johannesburgu (Južná Afrika).
Obrázok č.1: zmeny rýchlosti vetra počas dňa (А), zmeny smeru vetra počas dňa (В).
Uskutočnili sa predbežné merania rýchlosti a smeru vetra. V noci bola rýchlosť najnižšia (<0,5 m/s), ale zvyšovala sa bližšie k úsvitu a dosahovala denný vrchol (3 m/s) medzi 11:00 a 13:00 (slnečná výška ~70°).
Hodnoty rýchlosti sú pozoruhodné, pretože prekračujú hranicu 0,15 m/s potrebnú pre menotaktickú orientáciu chrobákov. V tomto prípade sa maximálna rýchlosť vetra zhoduje v dennej dobe s najvyššou aktivitou chrobákov Scarabaeus lamarcki.
Chrobáky kotúľajú korisť v priamom smere od miesta zberu na dosť veľkú vzdialenosť. V priemere trvá celá trasa 6.1 ± 3.8 minúty. Preto musia počas tohto obdobia čo najpresnejšie sledovať trasu.
Ak hovoríme o smere vetra, tak v období maximálnej aktivity chrobákov (od 06:30 do 18:30) priemerná zmena smeru vetra za časové obdobie 6 minút nie je väčšia ako 27.0°.
Spojením údajov o rýchlosti a smere vetra počas dňa vedci veria, že takéto poveternostné podmienky sú dostatočné na multimodálnu navigáciu chrobákov.
Obrázok č. 2
Je čas pozorovať. Na testovanie možného vplyvu vetra na charakteristiky priestorovej orientácie chrobákov bola vytvorená kruhová „aréna“ s jedlom v strede. Chrobáky mohli voľne kotúľať guľôčky, ktoré vytvorili, v akomkoľvek smere od stredu v prítomnosti kontrolovaného stabilného prúdu vzduchu rýchlosťou 3 m/s. Tieto testy sa uskutočnili za jasných dní, keď sa slnečná výška menila počas dňa nasledovne: ≥75° (vysoká), 45–60° (stredná) a 15–30° (nízka).
Zmeny prúdenia vzduchu a polohy slnka sa môžu medzi dvoma návštevami chrobákov zmeniť až o 180° (2А). Za zváženie stojí aj fakt, že chrobáky netrpia sklerózou, a preto si po prvej návšteve pamätajú trasu, ktorú si zvolili. Vedci to vedia a berú do úvahy zmeny uhla výstupu z arény pri následnom vstupe chrobáka ako jeden z ukazovateľov úspešnosti orientácie.
Keď slnečná výška ≥75° (vysoká), zmeny azimutu v reakcii na 180° zmenu smeru vetra medzi prvou a druhou sadou boli zoskupené okolo 180° (P < 0,001, V test) s priemernou zmenou 166.9 ± 79.3 ° (2B). V tomto prípade zmena polohy slnka (bolo použité zrkadlo) o 180° spôsobila jemnú reakciu 13,7 ± 89,1° (spodný kruh na 2B).
Zaujímavé je, že v stredných a nízkych výškach slnka sa chrobáky držali svojich trás napriek zmenám smeru vetra - priemerná výška: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; nízka nadmorská výška: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Ale zmena smeru slnečných lúčov o 180° mala opačnú reakciu, teda radikálnu zmenu smeru trasy chrobáka - priemerná výška: 153,9 ± 83,3°; nízka nadmorská výška: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (dolné kruhy v 2А, 2S и 2D).
Orientáciu možno neovplyvňuje samotný vietor, ale pachy. Aby sa to otestovalo, druhej skupine testovacích chrobákov boli odstránené distálne segmenty antény, ktoré sú zodpovedné za ich čuch. Zmeny trasy v reakcii na 180° zmeny smeru vetra vykazované týmito chrobákmi boli stále výrazne zoskupené okolo 180°. Inými slovami, medzi chrobákmi s čuchom a bez čuchu nie je prakticky žiadny rozdiel v stupni orientácie.
Medzizáverom je, že chrobáky využívajú na svoju orientáciu slnko a vietor. V tomto prípade sa v kontrolovaných laboratórnych podmienkach zistilo, že veterný kompas v prípade vysokých výšok slnka dominuje nad slnečným kompasom, no situácia sa začína meniť, keď sa slnko priblíži k obzoru.
Toto pozorovanie naznačuje, že existuje dynamický multimodálny kompasový systém, v ktorom sa interakcia medzi týmito dvoma modalitami mení podľa zmyslových informácií. To znamená, že chrobák naviguje kedykoľvek počas dňa a spolieha sa na najspoľahlivejší zdroj informácií v tom konkrétnom okamihu (slnko je nízko - slnko je referencia; slnko je vysoko - vietor je referencia).
Ďalej sa vedci rozhodli skontrolovať, či vietor pomáha pri orientácii chrobákov alebo nie. Na tento účel bola pripravená aréna s priemerom 1 m s jedlom v strede. Celkovo urobili chrobáky 20 západov slnka pri vysokej polohe slnka: 10 s vetrom a 10 bez vetra (2F).
Ako sa dalo očakávať, prítomnosť vetra zvýšila presnosť orientácie chrobákov. Je potrebné poznamenať, že pri skorých pozorovaniach presnosti slnečného kompasu sa zmena azimutu medzi dvoma po sebe nasledujúcimi súbormi zdvojnásobí pri vysokej polohe slnka (>75°) v porovnaní s nižšou polohou (<60°).
Takže sme si uvedomili, že vietor hrá dôležitú úlohu pri orientácii chrobákov, kompenzujúcich nepresnosti slnečného kompasu. Ako však chrobák zbiera informácie o rýchlosti a smere vetra? Samozrejme, najzrejmejšia vec je, že sa to deje cez antény. Aby to vedci overili, vykonali testy v interiéri pri konštantnom prietoku vzduchu (3 m/s) za účasti dvoch skupín chrobákov – s anténami a bez nich (3A).
Obrázok č. 3
Hlavným kritériom presnosti orientácie bola zmena azimutu medzi dvoma priblíženiami, keď sa smer prúdenia vzduchu zmenil o 180°.
Zmeny v smere pohybu chrobákov s tykadlami boli zoskupené okolo 180°, na rozdiel od chrobákov bez tykadiel. Navyše, stredná absolútna zmena azimutu pre chrobáky bez tykadiel bola 104,4 ± 36,0°, čo sa veľmi líši od absolútnej zmeny pre chrobáky s tykadlami - 141,0 ± 45,0° (graf v 3V). To znamená, že chrobáky bez antén sa vo vetre nemohli normálne pohybovať. Stále sa však vedeli dobre orientovať podľa slnka.
Na obrázku 3А ukazuje testovacie nastavenie na testovanie schopnosti chrobákov kombinovať informácie z rôznych senzorických modalít na úpravu ich trasy. Na tento účel test zahŕňal oba orientačné body (vietor + slnko) počas prvého priblíženia alebo iba jeden orientačný bod (slnko alebo vietor) počas druhého. Týmto spôsobom sa porovnávala multimodalita a unimodalita.
Pozorovania ukázali, že zmeny v smere pohybu chrobákov po prechode z multi- na unimodálny orientačný bod boli sústredené okolo 0°: len vietor: −8,2 ± 64,3°; len slnko: 16,5 ± 51,6° (grafy v strede a vpravo 3C).
Táto orientačná charakteristika sa nelíšila od tej, ktorá bola získaná v prítomnosti dvoch (slnko + vietor) orientačných bodov (graf vľavo v 3S).
To naznačuje, že za kontrolovaných podmienok môže chrobák použiť jeden orientačný bod, ak druhý neposkytuje dostatočné informácie, to znamená, že kompenzuje nepresnosť jedného orientačného bodu druhým.
Ak si myslíte, že sa tam vedci zastavili, nie je to tak. Ďalej bolo potrebné skontrolovať, ako dobre si chrobáky uchovávajú informácie o niektorom z orientačných bodov a či ich v budúcnosti nevyužijú ako doplnok. Za týmto účelom sa uskutočnili 4 prístupy: v prvom bol 1 orientačný bod (slnko), v druhom a treťom sa pridal prúd vzduchu a počas štvrtého už len prúdenie vzduchu. Uskutočnil sa aj test, kde boli orientačné body v opačnom poradí: vietor, slnko + vietor, slnko + vietor, slnko.
Predbežná teória hovorí, že ak si chrobáky dokážu uložiť informácie o oboch orientačných bodoch v rovnakej oblasti priestorovej pamäte v mozgu, potom by si mali pri prvej a štvrtej návšteve zachovať rovnaký smer, t.j. zmeny smeru pohybu by sa mali zhlukovať okolo 0°.
Obrázok č. 4
Zozbierané údaje o zmene azimutu počas prvého a štvrtého behu potvrdili vyššie uvedený predpoklad (4A), ktorý bol ďalej potvrdený modelovaním, ktorého výsledky sú znázornené v grafe 4C (vľavo).
Ako dodatočná kontrola boli vykonané testy, kde bol prúd vzduchu nahradený ultrafialovým bodom (4B a 4C vpravo). Výsledky boli takmer totožné s testami na slnku a prúdení vzduchu.
Pre podrobnejšie oboznámenie sa s nuansami štúdie odporúčam pozrieť и jemu.
Epilóg
Kombinácia výsledkov experimentov v prirodzenom aj kontrolovanom prostredí ukázala, že u chrobákov sa vizuálne a mechanosenzorické informácie zbiehajú v spoločnej neurónovej sieti a sú uložené ako snímka multimodálneho kompasu. Porovnanie účinnosti použitia buď slnka alebo vetra ako referencie ukázalo, že chrobáky mali tendenciu používať referenciu, ktorá im poskytla viac informácií. Druhý sa používa ako náhradný alebo doplnkový.
Môže sa nám to zdať ako veľmi bežná vec, no nezabúdajte, že náš mozog je oveľa väčší ako mozog malého chrobáčika. Ale ako sme sa dozvedeli, aj tie najmenšie stvorenia sú schopné zložitých mentálnych procesov, pretože v divočine vaše prežitie závisí buď od sily alebo inteligencie, a najčastejšie od kombinácie oboch.
Piatok mimo:
Dokonca aj chrobáky bojujú o korisť. A nezáleží na tom, že korisťou je guľa hnoja.
(BBC Earth, David Attenborough)
Ďakujem za prečítanie, buďte zvedaví a prajeme vám skvelý víkend, priatelia! 🙂
Ďakujeme, že ste zostali s nami. Páčia sa vám naše články? Chcete vidieť viac zaujímavého obsahu? Podporte nás zadaním objednávky alebo odporučením priateľom, 30% zľava pre užívateľov Habr na unikátny analóg serverov základnej úrovne, ktorý sme pre vás vymysleli: (k dispozícii s RAID1 a RAID10, až 24 jadier a až 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 krát lacnejší? Len tu v Holandsku! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB – od 99 USD! Čítať o
Zdroj: hab.com