Obstajajo vprašanja, na katera smo postavljali ali skušali odgovoriti: zakaj je nebo modro, koliko zvezd je na nebu, kdo je močnejši - beli morski pes ali kit ubijalec itd. In obstajajo vprašanja, ki jih nismo zastavili, vendar zaradi tega odgovor ni nič manj zanimiv. Takšna vprašanja vključujejo naslednje: kaj tako pomembnega so združili znanstveniki z univerz Lund (Švedska), Witwatersrand (Južna Afrika), Stockholm (Švedska) in Würzburg (Nemčija)? To je verjetno nekaj zelo pomembnega, zelo kompleksnega in neverjetno uporabnega. No, o tem je težko reči z gotovostjo, vsekakor pa je zelo zanimivo, kako se hrošči krmarijo v prostoru. Na prvi pogled je tukaj vse trivialno, vendar je naš svet poln stvari, ki niso tako preproste, kot se zdijo, in hrošči so dokaz za to. Torej, kaj je tako edinstvenega na navigacijskem sistemu hrošča gnoja, kako so ga znanstveniki preizkusili in kaj ima s tem konkurenca? Na ta in druga vprašanja bomo našli odgovore v poročilu raziskovalne skupine. pojdi
Glavni junak
Najprej je vredno spoznati glavnega junaka te študije. Je močan, delaven, vztrajen, čeden in skrben. Gre za hrošča iz naddružine Scarabaeidae.
Gnojni hrošči so svoje ne preveč privlačno ime dobili zaradi svojih gastronomskih preferenc. Po eni strani je to malo grdo, vendar je za hrošča odličen vir hranil, zato večina vrst te družine ne potrebuje drugih virov hrane ali celo vode. Izjema je le vrsta Deltochilum valgum, katere predstavniki se zelo radi posladkajo s stonogami.
Razširjenost gnojnih hroščev zavida večina drugih živih bitij, saj živijo na vseh celinah razen na Antarktiki. Habitat sega od hladnih gozdov do vročih puščav. Očitno je lažje najti velike koncentracije hroščev v živalskih habitatih, ki so »tovarne« za proizvodnjo njihove hrane. Gnojni hrošči raje shranjujejo hrano za prihodnost.
Kratek video o hroščih in zapletenosti njihovega načina življenja (BBC, David Attenborough).
Različne vrste hroščev imajo svoje vedenjske prilagoditvene značilnosti. Nekateri oblikujejo kroglice gnoja, ki jih odkotalijo z mesta zbiranja in zakopljejo v luknjo. Drugi kopajo tunele pod zemljo in jih polnijo s hrano. In spet drugi, ki poznajo pregovor o Mohamedu in žalosti, preprosto živijo na kupih gnoja.
Zaloge hrane so za hrošča pomembne, vendar ne toliko zaradi samoohranitve, temveč zaradi skrbi za prihodnje potomce. Dejstvo je, da ličinke gnojnega hrošča živijo v tistem, kar so njihovi starši prej zbrali. In več kot je gnoja, torej hrane za ličinke, večja je verjetnost, da bodo preživele.
Med zbiranjem informacij sem naletel na to formulacijo, ki se ne sliši zelo dobro, še posebej zadnji del:... Samci se borijo za samice, se z nogami naslanjajo na stene tunela, nasprotnika pa odrivajo z rogovilimi izrastki ... Nekateri samci nimajo rogov in zato ne sodelujejo v boju, imajo pa večje spolne žleze in stražar. samica v sosednjem tunelu ...
No, pojdimo od besedil neposredno k sami raziskavi.
Kot sem že omenil, nekatere vrste hroščev izločajo kroglice in jih ne glede na kakovost ali zahtevnost izbrane poti v ravni liniji kotalijo v odlagalno jamo. Prav takšno obnašanje teh hroščev nam je najbolj znano po številnih dokumentarnih filmih. Vemo tudi, da imajo gnojni hrošči poleg moči (nekatere vrste lahko dvignejo 1000-krat večjo težo od lastne teže), gastronomskih preferenc in skrbi za svoje potomce odlično orientacijo v prostoru. Poleg tega so edine žuželke, ki lahko ponoči krmarijo po zvezdah.
V Južni Afriki (lokacija opazovanj) gnojni hrošč, ko najde "plen", oblikuje žogo in jo začne kotaliti v ravni črti v naključni smeri, kar je najpomembnejše stran od tekmecev, ki ne bodo oklevali, da bi jo odvzeli hrano, ki jo je pridobil. Zato, da bi bil pobeg učinkovit, se morate ves čas premikati v isto smer, ne da bi zašli s poti.
Kot že vemo, je glavna referenčna točka sonce, ki pa ni najbolj zanesljivo. Višina sonca se čez dan spreminja, kar zmanjšuje natančnost orientacije. Zakaj hrošči ne začnejo teči v krogih, se zmedejo v smeri in vsaki 2 minuti preverijo zemljevid? Logično je domnevati, da sonce ni edini vir informacij za orientacijo v prostoru. In potem so znanstveniki predlagali, da je druga referenčna točka za hrošče veter, oziroma njegova smer. To ni edinstvena lastnost, saj lahko mravlje in celo ščurki uporabljajo veter, da najdejo pot.
Pri svojem delu so se znanstveniki odločili preizkusiti, kako hrošči izkoriščajo te multimodalne senzorične informacije, kdaj se raje gibljejo po soncu in kdaj po smeri vetra ter ali uporabljajo obe možnosti hkrati. Opazovanja in meritve so potekale v naravnem okolju preiskovancev, pa tudi v simuliranih, kontroliranih laboratorijskih pogojih.
Rezultati raziskav
V tej študiji je vlogo glavnega subjekta odigral hrošč vrste Scarabaeus lamarcki, opazovanja v naravnem okolju pa so bila izvedena na ozemlju kmetije Stonehenge v bližini Johannesburga (Južna Afrika).
Slika št. 1: spremembe hitrosti vetra čez dan (А), spremembe smeri vetra čez dan (В).
Opravljene so bile predhodne meritve hitrosti in smeri vetra. Ponoči je bila hitrost najnižja (<0,5 m/s), vendar se je bližje zori povečala in dosegla dnevni vrh (3 m/s) med 11:00 in 13:00 (sončna višina ~70°).
Vrednosti hitrosti so opazne, ker presegajo prag 0,15 m/s, potreben za menotaktično orientacijo hroščev. V tem primeru najvišja hitrost vetra sovpada v času dneva z največjo aktivnostjo hroščev Scarabaeus lamarcki.
Hrošči svoj plen kotalijo v ravni črti od zbirališča na precej veliko razdaljo. V povprečju celotna pot traja 6.1 ± 3.8 minute. Zato morajo v tem času čim bolj natančno slediti poti.
Če govorimo o smeri vetra, potem v obdobju največje aktivnosti hroščev (od 06:30 do 18:30) povprečna sprememba smeri vetra v časovnem obdobju 6 minut ni večja od 27.0 °.
Z združevanjem podatkov o hitrosti in smeri vetra skozi ves dan znanstveniki verjamejo, da takšne vremenske razmere zadostujejo za večmodalno navigacijo hroščev.
Slika #2
Čas je za opazovanje. Da bi preizkusili morebiten vpliv vetra na prostorske orientacijske lastnosti hroščev, je bila ustvarjena krožna »arena« s hrano v središču. Hrošči so lahko svobodno kotalili kroglice, ki so jih oblikovali, v katero koli smer od središča v prisotnosti nadzorovanega, stabilnega zračnega toka s hitrostjo 3 m/s. Ti testi so bili izvedeni v jasnih dneh, ko se je nadmorska višina sonca čez dan spreminjala na naslednji način: ≥75° (visoko), 45–60° (srednje) in 15–30° (nizko).
Spremembe pretoka zraka in položaja sonca se lahko spremenijo do 180° med dvema obiskoma hrošča (2А). Upoštevati je treba tudi dejstvo, da hrošči ne trpijo za sklerozo, zato si po prvem obisku zapomnijo izbrano pot. Zavedajoč se tega, znanstveniki upoštevajo spremembe v kotu izhoda iz arene med kasnejšim vstopom hrošča kot enega od kazalcev uspešnosti orientacije.
Ko je višina sonca ≥75° (visoka), so bile spremembe azimuta kot odziv na spremembo smeri vetra za 180° med prvim in drugim nizom združene okoli 180° (P < 0,001, V test) s povprečno spremembo 166.9 ± 79.3 ° (2B). V tem primeru je sprememba položaja sonca (uporabljeno je bilo ogledalo) za 180° povzročila subtilno reakcijo 13,7 ± 89,1° (spodnji krog na 2B).
Zanimivo je, da so se na srednjih in nizkih nadmorskih višinah hrošči kljub spremembam smeri vetra držali svojih poti - povprečna nadmorska višina: -15,9 ± 40,2°; P <0,001; nizka nadmorska višina: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Toda sprememba smeri sončnih žarkov za 180° je povzročila nasprotno reakcijo, to je korenito spremembo smeri hrošča - povprečna višina: 153,9 ± 83,3°; nizka nadmorska višina: −162 ± 69,4°; P <0,001 (spodnji krogi v 2А, 2S и 2D).
Morda na orientacijo ne vpliva sam veter, ampak vonjave. Da bi to preizkusili, so drugi skupini testnih hroščev odstranili distalne segmente antene, ki so odgovorni za njihov vonj. Spremembe poti kot odziv na spremembe smeri vetra za 180°, ki so jih pokazali ti hrošči, so bile še vedno precej zbrane okoli 180°. Z drugimi besedami, med hrošči z vohom in brez njega praktično ni razlike v stopnji orientacije.
Vmesni sklep je, da hrošči za orientacijo uporabljajo sonce in veter. V tem primeru je bilo v nadzorovanih laboratorijskih pogojih ugotovljeno, da kompas vetra prevladuje nad sončnim kompasom na visokih sončnih višinah, vendar se situacija začne spreminjati, ko se sonce približa obzorju.
Ta ugotovitev kaže, da obstaja dinamičen multimodalni sistem kompasa, v katerem se interakcija med obema načinoma spreminja glede na senzorične informacije. To pomeni, da hrošč navigira kadar koli v dnevu in se zanaša na najbolj zanesljiv vir informacij v določenem trenutku (sonce je nizko - sonce je referenca; sonce je visoko - veter je referenca).
Nato so se znanstveniki odločili preveriti, ali veter pomaga pri orientaciji hroščev ali ne. V ta namen je bila pripravljena arena s premerom 1 m s hrano v središču. Skupaj so hrošči naredili 20 sončnih zahodov na visoki legi sonca: 10 z vetrom in 10 brez vetra (2F).
Kot je bilo pričakovano, je prisotnost vetra povečala natančnost orientacije hroščev. Opozoriti je treba, da se pri zgodnjih opazovanjih natančnosti sončnega kompasa sprememba azimuta med dvema zaporednima nizoma podvoji pri visoki legi sonca (>75°) v primerjavi z nižjo lego (<60°).
Tako smo ugotovili, da ima veter pomembno vlogo pri orientaciji hroščev, saj kompenzira netočnosti sončnega kompasa. Kako pa hrošč zbira informacije o hitrosti in smeri vetra? Seveda je najbolj očitno, da se to zgodi skozi antene. Da bi to preverili, so znanstveniki izvedli teste v zaprtih prostorih pri konstantnem pretoku zraka (3 m/s) s sodelovanjem dveh skupin hroščev - z antenami in brez njih (3A).
Slika #3
Glavno merilo za točnost orientacije je bila sprememba azimuta med dvema pristopoma, ko se je smer zračnega toka spremenila za 180°.
Spremembe v smeri gibanja hroščev z antenami so bile zbrane okoli 180°, v nasprotju s hrošči brez anten. Poleg tega je bila povprečna absolutna sprememba azimuta za hrošče brez anten 104,4 ± 36,0°, kar se zelo razlikuje od absolutne spremembe za hrošče z antenami - 141,0 ± 45,0° (graf v 3V). To pomeni, da hrošči brez anten ne morejo normalno krmariti v vetru. Vendar so se še vedno dobro orientirali po soncu.
Na sliki 3А prikazuje testno postavitev za preizkušanje sposobnosti hroščev, da kombinirajo informacije iz različnih senzoričnih modalitet, da prilagodijo svojo pot. Da bi to naredili, je test vključeval obe orientacijski točki (veter + sonce) med prvim približevanjem ali samo en mejnik (sonce ali veter) med drugim. Na ta način smo primerjali multimodalnost in unimodalnost.
Opazovanja so pokazala, da so bile spremembe v smeri gibanja hroščev po prehodu iz multi- v unimodalni mejnik koncentrirane okoli 0°: samo veter: −8,2 ± 64,3°; samo sonce: 16,5 ± 51,6° (grafa v sredini in desno naprej 3C).
Ta orientacijska značilnost se ni razlikovala od tiste, ki je bila pridobljena ob prisotnosti dveh (sonce + veter) mejnikov (graf na levi v 3S).
To nakazuje, da lahko hrošč v nadzorovanih pogojih uporablja en mejnik, če drugi ne zagotavlja dovolj informacij, to je, da kompenzira netočnost enega mejnika z drugim.
Če mislite, da so se znanstveniki tam ustavili, potem to ni tako. Nato je bilo treba preveriti, kako dobro hrošči hranijo podatke o eni od znamenitosti in ali jih bodo v prihodnje uporabljali kot dopolnilo. V ta namen so bili izvedeni 4 pristopi: v prvem je bil 1 mejnik (sonce), v drugem in tretjem je bil dodan zračni tok, med četrtim pa je bil samo zračni tok. Izveden je bil tudi test, kjer so bili mejniki v obratnem vrstnem redu: veter, sonce + veter, sonce + veter, sonce.
Pogojna teorija pravi, da če hrošči lahko shranijo informacije o obeh orientacijskih točkah v isti prostorski spominski regiji v možganih, potem morajo obdržati isto smer pri prvem in četrtem obisku, tj. spremembe v smeri gibanja se morajo zbrati okoli 0°.
Slika #4
Zbrani podatki o spremembi azimuta med prvo in četrto vožnjo so potrdili zgornjo predpostavko (4A), ki je bila dodatno potrjena z modeliranjem, katerega rezultati so prikazani v grafu 4C (levo).
Kot dodatno preverjanje so bili izvedeni testi, kjer je bil zračni tok nadomeščen z ultravijolično liso (4B in 4C desno). Rezultati so bili skoraj enaki testom sonca in pretoka zraka.
Za podrobnejšo seznanitev z odtenki študije priporočam ogled и njemu.
Epilog
Kombinacija rezultatov poskusov v naravnem in nadzorovanem okolju je pokazala, da se pri gnojnih hroščih vizualne in mehanosenzorične informacije združujejo v skupno nevronsko mrežo in so shranjene kot posnetek multimodalnega kompasa. Primerjava učinkovitosti uporabe sonca ali vetra kot reference je pokazala, da hrošči običajno uporabljajo referenco, ki jim daje več informacij. Drugi se uporablja kot rezervni ali dopolnilni.
Morda se nam to zdi zelo običajna stvar, vendar ne pozabite, da so naši možgani veliko večji od možganov majhnega hrošča. A kot smo izvedeli, so tudi najmanjša bitja sposobna zapletenih miselnih procesov, saj je v divjini vaše preživetje odvisno bodisi od moči bodisi od inteligence, največkrat pa od kombinacije obojega.
petek off-top:
Tudi hrošči se borijo za plen. In ni pomembno, da je plen kepa gnoja.
(BBC Earth, David Attenborough)
Hvala za branje, ostanite radovedni in lep vikend fantje! 🙂
Hvala, ker ste ostali z nami. So vam všeč naši članki? Želite videti več zanimivih vsebin? Podprite nas tako, da oddate naročilo ali priporočite prijateljem, 30% popust za uporabnike Habr na edinstvenem analogu začetnih strežnikov, ki smo ga izumili za vas: (na voljo z RAID1 in RAID10, do 24 jeder in do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2-krat cenejši? Samo tukaj na Nizozemskem! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - od 99 $! Preberite o
Vir: www.habr.com