Det finns frågor som vi ställde eller försökte svara på: varför är himlen blå, hur många stjärnor finns det på himlen, vem är starkare - en vithaj eller en späckhuggare, etc. Och det finns frågor som vi inte ställde, men det gör inte svaret mindre intressant. Sådana frågor inkluderar följande: vad var så viktigt förenade forskare från universiteten i Lund (Sverige), Witwatersrand (Sydafrika), Stockholm (Sverige) och Würzburg (Tyskland)? Detta är förmodligen något väldigt viktigt, väldigt komplext och otroligt användbart. Tja, det är svårt att säga säkert om detta, men det är definitivt väldigt intressant, nämligen hur dyngbaggar navigerar i rymden. Vid första anblicken är allt här trivialt, men vår värld är full av saker som inte är så enkla som de verkar, och dyngbaggar är ett bevis på detta. Så vad är det som är så unikt med dyngbaggens navigationssystem, hur testade forskare det och vad har konkurrens med det att göra? Vi hittar svar på dessa och andra frågor i forskargruppens rapport. Gå.
huvudpersonen
Först och främst är det värt att lära känna huvudpersonen i denna studie. Han är stark, hårt arbetande, uthållig, stilig och omtänksam. Det är en dyngbagge från överfamiljen Scarabaeidae.
Dyngbaggar fick sitt inte särskilt attraktiva namn på grund av sina gastronomiska preferenser. Å ena sidan är detta lite grovt, men för dyngbaggen är det en utmärkt näringskälla, varför de flesta arter av denna familj inte behöver andra källor till mat eller ens vatten. Det enda undantaget är arten Deltochilum valgum, vars representanter älskar att festa på tusenfotingar.
Förekomsten av dyngbaggar är avundsjuk hos de flesta andra levande varelser, eftersom de lever på alla kontinenter utom Antarktis. Livsmiljön sträcker sig från svala skogar till heta öknar. Uppenbarligen är det lättare att hitta stora koncentrationer av dyngbaggar i djurmiljöer som är "fabriker" för produktion av deras mat. Dyngbaggar föredrar att lagra mat för framtiden.
En kort video om dyngbaggar och komplexiteten i deras sätt att leva (BBC, David Attenborough).
Olika arter av skalbaggar har sina egna beteendeanpassningsegenskaper. Vissa bildar kulor av gödsel, som rullas från uppsamlingsplatsen och grävs ner i ett hål. Andra gräver tunnlar under jorden och fyller dem med mat. Och ytterligare andra, som känner till talesättet om Mohammed och sorg, lever helt enkelt i dynghögar.
Matförråd är viktigt för skalbaggen, men inte så mycket för självbevarelseskäl, utan för att ta hand om framtida avkommor. Faktum är att dyngbaggarlarver lever i det som deras förälder samlade tidigare. Och ju mer gödsel, det vill säga mat till larverna, desto mer sannolikt är det att de överlever.
Jag stötte på den här formuleringen när jag samlade in information, och den låter inte särskilt bra, särskilt den sista delen:... Hanar slåss om honorna, vilar fötterna mot tunnelns väggar och knuffar sin motståndare med hornliknande utväxter ... Vissa hanar har inga horn och deltar därför inte i strid, utan har större könskörtlar och vakt honan i nästa tunnel...
Nåväl, låt oss gå vidare från texterna direkt till själva forskningen.
Som jag nämnde tidigare bildar vissa arter av dyngbaggar bollar och rullar dem i en rak linje, oavsett kvalitet eller svårighetsgrad på den valda vägen, till ett förvaringshål. Det är detta beteende hos dessa skalbaggar som vi är mest bekanta med tack vare många dokumentärer. Vi vet också att utöver styrka (vissa arter kan lyfta 1000 gånger sin egen vikt), gastronomiska preferenser och omsorg om sina avkommor, har dyngbaggar utmärkt rumslig orientering. Dessutom är de de enda insekterna som kan navigera på natten med hjälp av stjärnorna.
I Sydafrika (platsen för observationerna) bildar en dyngbagge, efter att ha hittat "byte", en boll och börjar rulla den i en rak linje i en slumpmässig riktning, viktigast av allt bort från konkurrenter som inte kommer att tveka att ta bort maten den har fått. Därför, för att en flykt ska vara effektiv, måste du röra dig i samma riktning hela tiden, utan att gå ur kurs.
Solen är huvudreferenspunkten, som vi redan vet, men den är inte den mest tillförlitliga. Solens höjd ändras under dagen, vilket minskar orienteringsnoggrannheten. Varför börjar inte skalbaggarna springa i cirklar, blir förvirrade i riktningen och kollar kartan varannan minut? Det är logiskt att anta att solen inte är den enda informationskällan för orientering i rymden. Och sedan föreslog forskare att den andra referenspunkten för skalbaggar är vinden, eller snarare dess riktning. Detta är inte en unik egenskap, eftersom myror och till och med kackerlackor kan använda vinden för att hitta rätt.
I sitt arbete bestämde sig forskarna för att testa hur dyngbaggar använder denna multimodala sensoriska information, när de föredrar att navigera efter solen och när i vindens riktning, och om de använder båda alternativen samtidigt. Observationer och mätningar gjordes i försökspersonernas naturliga miljö, samt i simulerade, kontrollerade laboratorieförhållanden.
Forskningsresultat
I denna studie spelades huvudämnets roll av en skalbagge av arten Scarabaeus lamarcki, och observationer i den naturliga miljön utfördes på Stonehenge-gårdens territorium, nära Johannesburg (Sydafrika).
Bild nr 1: förändringar i vindhastighet under dagen (А), förändringar i vindriktning under dagen (В).
Preliminära mätningar av vindhastighet och vindriktning genomfördes. På natten var hastigheten lägst (<0,5 m/s), men ökade närmare gryningen och nådde en daglig topp (3 m/s) mellan 11:00 och 13:00 (solhöjd ~70°).
Hastighetsvärdena är anmärkningsvärda eftersom de överskrider tröskeln på 0,15 m/s som krävs för menotaktisk orientering av dyngbaggar. I det här fallet sammanfaller toppvindhastigheten vid tiden på dygnet med skalbaggarnas toppaktivitet Scarabaeus lamarcki.
Skalbaggarna rullar sitt byte i en rak linje från uppsamlingsplatsen till ett ganska stort avstånd. I genomsnitt tar hela rutten 6.1 ± 3.8 minuter. Därför måste de under denna tidsperiod följa rutten så exakt som möjligt.
Om vi talar om vindriktning, är den genomsnittliga förändringen i vindriktningen under en tidsperiod på 06 minuter inte mer än 30° under perioden med maximal aktivitet för skalbaggar (från 18:30 till 6:27.0).
Genom att kombinera data om vindhastighet och riktning under dagen, tror forskare att sådana väderförhållanden är tillräckliga för multimodal navigering av skalbaggar.
Bild #2
Det är dags att observera. För att testa vindens möjliga inverkan på dyngbaggarnas rumsliga orienteringsegenskaper skapades en cirkulär "arena" med mat i mitten. Skalbaggarna var fria att rulla bollarna de bildade i valfri riktning från mitten i närvaro av ett kontrollerat, stabilt luftflöde med en hastighet av 3 m/s. Dessa tester utfördes på klara dagar när solhöjden varierade under dagen enligt följande: ≥75° (hög), 45–60° (mitten) och 15–30° (låg).
Förändringar i luftflöde och solposition kan ändras upp till 180° mellan två skalbaggebesök (2А). Det är också värt att tänka på det faktum att skalbaggar inte lider av skleros, och därför kommer de efter det första besöket ihåg vägen de har valt. Genom att veta detta tar forskare hänsyn till förändringar i utgångsvinkeln från arenan under efterföljande inträde av skalbaggen som en av indikatorerna på framgången med orientering.
När solhöjden ≥ 75° (hög) samlades förändringar i azimut som svar på en 180° förändring i vindriktningen mellan den första och andra uppsättningen runt 180° (P < 0,001, V-test) med en medeländring på 166.9 ± 79.3 ° (2B). I detta fall orsakade en förändring av solens position (en spegel användes) med 180° en subtil reaktion på 13,7 ± 89,1° (nedre cirkeln på 2B).
Intressant nog, på medelhög och låg solhöjd, fastnade skalbaggar på sina rutter trots förändringar i vindriktning - medelhöjd: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; låg höjd: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Men att ändra riktningen på solens strålar med 180° hade motsatt reaktion, det vill säga en radikal förändring i riktningen för skalbaggens väg - medelhöjd: 153,9 ± 83,3°; låg höjd: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (nedre cirklar in 2А, 2S и 2D).
Kanske påverkas orienteringen inte av vinden i sig, utan av lukter. För att testa detta tog en andra grupp testbaggar bort sina distala antennsegment, som är ansvariga för deras luktsinne. Rutförändringar som svar på 180° förändringar i vindriktning som dessa skalbaggar uppvisade var fortfarande signifikant samlade runt 180°. Det är med andra ord praktiskt taget ingen skillnad i orienteringsgraden mellan skalbaggar med och utan luktsinnet.
En mellanslutsats är att dyngbaggar använder solen och vinden i sin orientering. I det här fallet, under kontrollerade laboratorieförhållanden, fann man att vindkompassen dominerar över solkompassen på höga solhöjder, men situationen börjar förändras när solen närmar sig horisonten.
Denna observation indikerar att det finns ett dynamiskt multimodalt kompasssystem på plats, där interaktionen mellan de två modaliteterna förändras enligt sensorisk information. Det vill säga, skalbaggen navigerar när som helst på dygnet och förlitar sig på den mest tillförlitliga informationskällan i just det ögonblicket (solen är låg - solen är en referens; solen är hög - vinden är en referens).
Därefter bestämde sig forskarna för att kontrollera om vinden hjälper till att orientera skalbaggarna eller inte. För detta ändamål förbereddes en arena med en diameter på 1 m med mat i centrum. Totalt gjorde skalbaggarna 20 solnedgångar vid en hög position av solen: 10 med vind och 10 utan vind (2F).
Som väntat ökade närvaron av vind skalbaggarnas orienteringsnoggrannhet. Det noteras att i tidiga observationer av solkompassnoggrannheten fördubblas förändringen i azimut mellan två på varandra följande uppsättningar vid en hög solposition (>75°) jämfört med en lägre position (<60°).
Så vi insåg att vinden spelar en viktig roll i orienteringen av dyngbaggar, och kompenserar för felaktigheterna i solkompassen. Men hur samlar en skalbagge information om vindhastighet och vindriktning? Det mest uppenbara är förstås att detta sker genom antennerna. För att verifiera detta genomförde forskare tester inomhus vid ett konstant luftflöde (3 m/s) med deltagande av två grupper av skalbaggar - med och utan antenner (3A).
Bild #3
Huvudkriteriet för orienteringsnoggrannhet var förändringen i azimut mellan två tillvägagångssätt när luftflödets riktning ändrades med 180°.
Förändringar i rörelseriktningen för skalbaggar med antenner samlades runt 180°, i motsats till skalbaggar utan antenner. Dessutom var den genomsnittliga absoluta förändringen i azimut för skalbaggar utan antenn 104,4 ± 36,0°, vilket är mycket annorlunda än den absoluta förändringen för skalbaggar med antenner - 141,0 ± 45,0° (graf i 3V). Det vill säga skalbaggar utan antenn kunde inte navigera normalt i vinden. Men de var fortfarande väl orienterade av solen.
På bilden 3А visar en testuppsättning för att testa skalbaggarnas förmåga att kombinera information från olika sensoriska modaliteter för att justera sin rutt. För att göra detta inkluderade testet båda landmärkena (vind + sol) under den första inflygningen, eller bara ett landmärke (sol eller vind) under den andra. På så sätt jämfördes multimodalitet och unmodalitet.
Observationer visade att förändringar i skalbaggars rörelseriktning efter övergången från ett multi- till ett unimodalt landmärke var koncentrerade kring 0°: endast vind: −8,2 ± 64,3°; Endast sol: 16,5 ± 51,6° (grafer i mitten och till höger 3C).
Denna orienteringsegenskap skilde sig inte från den som erhölls i närvaro av två (sol + vind) landmärken (graf till vänster i 3S).
Detta tyder på att en skalbagge under kontrollerade förhållanden kan använda ett landmärke om det andra inte ger tillräcklig information, det vill säga kompensera för felaktigheten i ett landmärke med det andra.
Om du tror att forskare stannade där, så är det inte så. Därefter var det nödvändigt att kontrollera hur väl skalbaggarna lagrar information om ett av landmärkena, och om de använder det i framtiden som ett komplement. För detta ändamål utfördes 4 tillvägagångssätt: i den första fanns 1 landmärke (solen), i den andra och tredje lades ett luftflöde till, och under det fjärde fanns det bara ett luftflöde. Ett test genomfördes också där landmärkena var i omvänd ordning: vind, sol + vind, sol + vind, sol.
En preliminär teori är att om skalbaggar kan lagra information om båda landmärkena i samma rumsliga minnesregion i hjärnan, så bör de behålla samma riktning vid första och fjärde besöket, d.v.s. förändringar i rörelseriktningen bör samlas runt 0°.
Bild #4
De insamlade data om förändringen i azimut under den första och fjärde körningen bekräftade ovanstående antagande (4A), vilket ytterligare bekräftades genom modellering, vars resultat visas i diagram 4C (vänster).
Som en extra kontroll genomfördes tester där luftflödet ersattes av en ultraviolett fläck (4B och 4C till höger). Resultaten var nästan identiska med sol- och luftflödestesten.
För en mer detaljerad bekantskap med studiens nyanser rekommenderar jag att titta på и till honom.
Epilog
Kombinationen av resultat från experiment i både naturliga och kontrollerade miljöer visade att i dyngbaggar konvergerar visuell och mekanosensorisk information i ett gemensamt neuralt nätverk och lagras som en ögonblicksbild av en multimodal kompass. En jämförelse av effektiviteten av att använda antingen solen eller vinden som referens visade att skalbaggar tenderade att använda referensen som gav dem mer information. Den andra används som reserv eller komplement.
Detta kan tyckas vara en mycket vanlig sak för oss, men glöm inte att vår hjärna är mycket större än en liten bugg. Men, som vi har lärt oss, är även de minsta varelserna kapabla till komplexa mentala processer, för i det vilda beror din överlevnad på antingen styrka eller intelligens, och oftast på en kombination av båda.
Fredag off-top:
Även skalbaggar slåss om byten. Och det spelar ingen roll att bytet är en dyngaboll.
(BBC Earth, David Attenborough)
Tack för att du läser, håll dig nyfiken och ha en trevlig helg grabbar! 🙂
Tack för att du stannar hos oss. Gillar du våra artiklar? Vill du se mer intressant innehåll? Stöd oss genom att lägga en beställning eller rekommendera till vänner, 30 % rabatt för Habr-användare på en unik analog av nybörjarservrar, som uppfanns av oss för dig: (tillgänglig med RAID1 och RAID10, upp till 24 kärnor och upp till 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 gånger billigare? Bara här i Nederländerna! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - från $99! Läs om
Källa: will.com