Có những câu hỏi mà chúng tôi đã hỏi hoặc cố gắng trả lời: tại sao bầu trời lại có màu xanh, có bao nhiêu ngôi sao trên bầu trời, ai mạnh hơn - cá mập trắng hay cá voi sát thủ, v.v. Và có những câu hỏi chúng tôi chưa hỏi, nhưng điều đó không làm cho câu trả lời bớt thú vị đi chút nào. Những câu hỏi như vậy bao gồm: các nhà khoa học từ các trường đại học Lund (Thụy Điển), Witwatersrand (Nam Phi), Stockholm (Thụy Điển) và Würzburg (Đức) đã kết hợp điều gì quan trọng đến vậy? Đây có lẽ là điều gì đó rất quan trọng, rất phức tạp và vô cùng hữu ích. Chà, thật khó để nói chắc chắn về điều này, nhưng nó chắc chắn rất thú vị, cụ thể là cách bọ phân di chuyển trong không gian. Thoạt nhìn, mọi thứ ở đây đều tầm thường, nhưng thế giới của chúng ta chứa đầy những thứ không đơn giản như chúng ta tưởng, và bọ phân là bằng chứng cho điều này. Vậy hệ thống định vị của bọ phân có gì độc đáo đến vậy, các nhà khoa học đã thử nghiệm nó như thế nào và sự cạnh tranh có liên quan gì đến nó? Chúng ta sẽ tìm thấy câu trả lời cho những câu hỏi này và những câu hỏi khác trong báo cáo của nhóm nghiên cứu. Đi.
Nhân vật chính
Trước hết, cần làm quen với nhân vật chính của nghiên cứu này. Anh ấy mạnh mẽ, chăm chỉ, kiên trì, đẹp trai và chu đáo. Nó là một loài bọ phân thuộc siêu họ Scarabaeidae.
Bọ phân có cái tên không mấy hấp dẫn do sở thích ẩm thực của chúng. Một mặt, điều này hơi thô thiển, nhưng đối với bọ phân, đây là nguồn dinh dưỡng tuyệt vời, đó là lý do tại sao hầu hết các loài thuộc họ này không cần nguồn thức ăn hoặc thậm chí cả nước khác. Ngoại lệ duy nhất là loài Deltochilum valgum, loài có đại diện thích ăn thịt rết.
Sự phổ biến của bọ phân khiến hầu hết các sinh vật sống khác phải ghen tị, vì chúng sống ở tất cả các châu lục ngoại trừ Nam Cực. Môi trường sống trải dài từ rừng mát đến sa mạc nóng. Rõ ràng, sẽ dễ dàng hơn để tìm thấy nơi tập trung nhiều bọ phân trong môi trường sống của động vật vốn là “nhà máy” sản xuất thức ăn cho chúng. Bọ phân thích dự trữ thức ăn cho tương lai.
Một đoạn video ngắn về bọ phân và sự phức tạp trong lối sống của chúng (BBC, David Attenborough).
Các loài bọ cánh cứng khác nhau có đặc điểm thích ứng hành vi riêng. Một số tạo thành những quả bóng phân, được lăn từ nơi thu gom và chôn vào hố. Những người khác đào đường hầm dưới lòng đất, lấp đầy chúng bằng thức ăn. Và còn những người khác nữa, những người biết câu nói về Mohammed và nỗi đau buồn, chỉ đơn giản là sống trong đống phân.
Nguồn cung cấp thức ăn rất quan trọng đối với bọ cánh cứng, nhưng không phải vì lý do tự bảo tồn mà vì lý do chăm sóc con cái trong tương lai. Thực tế là ấu trùng bọ phân sống trong những gì bố mẹ chúng đã thu thập trước đó. Và càng có nhiều phân, tức là thức ăn cho ấu trùng, chúng càng có khả năng sống sót.
Tôi tình cờ thấy công thức này trong quá trình thu thập thông tin và nghe có vẻ không hay lắm, đặc biệt là phần cuối:... Con đực tranh giành con cái, đặt chân lên tường của đường hầm và đẩy đối thủ bằng những bộ phận phát triển giống như sừng ... Một số con đực không có sừng và do đó không tham gia chiến đấu, nhưng có tuyến sinh dục và bảo vệ lớn hơn người phụ nữ ở đường hầm tiếp theo...
Chà, hãy chuyển trực tiếp từ lời bài hát sang phần nghiên cứu.
Như tôi đã đề cập trước đó, một số loài bọ phân tạo thành những quả bóng và lăn chúng theo đường thẳng, bất kể chất lượng hay độ khó của tuyến đường đã chọn, vào một hố chứa. Hành vi này của loài bọ cánh cứng này là điều chúng ta quen thuộc nhất nhờ có rất nhiều phim tài liệu. Chúng ta cũng biết rằng ngoài sức mạnh (một số loài có thể nâng vật nặng gấp 1000 lần trọng lượng của chúng), sở thích ẩm thực và sự chăm sóc cho con cái, bọ phân còn có khả năng định hướng không gian tuyệt vời. Hơn nữa, chúng là loài côn trùng duy nhất có thể định hướng vào ban đêm bằng cách sử dụng các ngôi sao.
Ở Nam Phi (địa điểm quan sát), một con bọ phân, sau khi tìm thấy “con mồi”, tạo thành một quả bóng và bắt đầu lăn nó theo đường thẳng theo hướng ngẫu nhiên, quan trọng nhất là tránh xa những đối thủ không ngần ngại cướp đi thức ăn nó đã có được. Vì vậy, để việc trốn thoát có hiệu quả, bạn cần phải di chuyển theo cùng một hướng mọi lúc, không đi chệch hướng.
Mặt trời là điểm tham chiếu chính, như chúng ta đã biết, nhưng nó không phải là điểm đáng tin cậy nhất. Độ cao của mặt trời thay đổi trong ngày, làm giảm độ chính xác của việc định hướng. Tại sao bọ cánh cứng không bắt đầu chạy vòng tròn, nhầm lẫn về phương hướng và kiểm tra bản đồ cứ sau 2 phút? Thật hợp lý khi cho rằng mặt trời không phải là nguồn thông tin duy nhất để định hướng trong không gian. Và sau đó các nhà khoa học cho rằng điểm tham chiếu thứ hai đối với bọ cánh cứng là gió, hay đúng hơn là hướng của nó. Đây không phải là đặc điểm độc đáo vì kiến và thậm chí cả gián đều có thể sử dụng gió để tìm đường.
Trong công trình của mình, các nhà khoa học đã quyết định kiểm tra cách bọ phân sử dụng thông tin cảm giác đa phương thức này, khi nào chúng thích di chuyển theo hướng mặt trời và khi nào theo hướng gió, và liệu chúng có sử dụng đồng thời cả hai tùy chọn hay không. Các quan sát và đo lường được thực hiện trong môi trường tự nhiên của đối tượng cũng như trong các điều kiện mô phỏng, được kiểm soát trong phòng thí nghiệm.
Kết quả nghiên cứu
Trong nghiên cứu này, vai trò của đối tượng chính là loài bọ cánh cứng Scarabaeus lamarcki, và các quan sát trong môi trường tự nhiên được thực hiện trên lãnh thổ của trang trại Stonehenge, gần Johannesburg (Nam Phi).
Ảnh số 1: sự thay đổi tốc độ gió trong ngày (А), sự thay đổi hướng gió trong ngày (В).
Các phép đo sơ bộ về tốc độ và hướng gió đã được thực hiện. Vào ban đêm, tốc độ thấp nhất (<0,5 m/s), nhưng tăng lên khi gần bình minh, đạt cực đại hàng ngày (3 m/s) trong khoảng thời gian từ 11:00 đến 13:00 (độ cao mặt trời ∼70°).
Các giá trị tốc độ rất đáng chú ý vì chúng vượt quá ngưỡng 0,15 m/s cần thiết để định hướng thần kinh của bọ phân. Trong trường hợp này, tốc độ gió cực đại trùng với thời điểm trong ngày với thời điểm hoạt động mạnh nhất của bọ cánh cứng. Scarabaeus lamarcki.
Bọ cánh cứng cuộn con mồi theo đường thẳng từ điểm tập kết đến một khoảng cách khá xa. Trung bình toàn tuyến mất 6.1 ± 3.8 phút. Vì vậy, trong khoảng thời gian này họ phải đi theo lộ trình một cách chính xác nhất có thể.
Nếu nói về hướng gió, thì trong thời gian bọ cánh cứng hoạt động mạnh nhất (từ 06:30 đến 18:30), sự thay đổi hướng gió trung bình trong khoảng thời gian 6 phút không quá 27.0°.
Bằng cách kết hợp dữ liệu về tốc độ và hướng gió suốt cả ngày, các nhà khoa học tin rằng điều kiện thời tiết như vậy là đủ để bọ cánh cứng di chuyển đa phương thức.
Hình ảnh số 2
Đã đến lúc quan sát. Để kiểm tra khả năng ảnh hưởng của gió đến đặc điểm định hướng không gian của bọ phân, một “đấu trường” hình tròn đã được tạo ra với thức ăn ở trung tâm. Những con bọ cánh cứng có thể tự do lăn những quả bóng mà chúng tạo thành theo bất kỳ hướng nào từ trung tâm với sự có mặt của luồng không khí ổn định, được kiểm soát ở tốc độ 3 m/s. Các thử nghiệm này được tiến hành vào những ngày quang đãng khi độ cao của mặt trời thay đổi trong ngày như sau: ≥75° (cao), 45–60° (giữa) và 15–30° (thấp).
Những thay đổi về luồng không khí và vị trí mặt trời có thể thay đổi tới 180° giữa hai lần bọ cánh cứng ghé thăm (2А). Cũng cần lưu ý rằng bọ cánh cứng không bị xơ cứng, và do đó sau chuyến thăm đầu tiên, chúng sẽ nhớ lại con đường mình đã chọn. Biết được điều này, các nhà khoa học tính đến những thay đổi về góc thoát khỏi đấu trường trong lần xâm nhập tiếp theo của bọ cánh cứng như một trong những dấu hiệu cho thấy sự thành công của việc định hướng.
Khi độ cao mặt trời ≥75° (cao), những thay đổi về góc phương vị để phản ứng với sự thay đổi 180° trong hướng gió giữa tập thứ nhất và tập thứ hai được tập hợp quanh 180° (P < 0,001, thử nghiệm V) với mức thay đổi trung bình là 166.9 ± 79.3 ° (2B). Trong trường hợp này, sự thay đổi vị trí của mặt trời (sử dụng gương) 180° gây ra phản ứng tinh tế 13,7 ± 89,1° (vòng tròn phía dưới trên 2B).
Điều thú vị là ở độ cao mặt trời trung bình và thấp, bọ cánh cứng vẫn bám sát đường đi của chúng bất chấp sự thay đổi hướng gió - độ cao trung bình: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; độ cao thấp: 7,1 ± 37,6°, P < 0,001 (2C и 2D). Nhưng việc thay đổi hướng tia nắng 180° lại gây ra phản ứng ngược lại, đó là sự thay đổi căn bản hướng đi của bọ cánh cứng - chiều cao trung bình: 153,9 ± 83,3°; độ cao thấp: −162 ± 69,4°; P < 0,001 (vòng tròn phía dưới trong 2А, 2S и 2D).
Có lẽ sự định hướng bị ảnh hưởng không phải bởi gió mà bởi mùi. Để kiểm tra điều này, nhóm bọ cánh cứng thử nghiệm thứ hai đã bị loại bỏ các đoạn râu xa, chịu trách nhiệm về khứu giác của chúng. Những thay đổi về lộ trình để đáp ứng với những thay đổi 180° trong hướng gió do những con bọ này thể hiện vẫn tập trung đáng kể quanh 180°. Nói cách khác, hầu như không có sự khác biệt về mức độ định hướng giữa những con bọ có và không có khứu giác.
Một kết luận trung gian là bọ phân sử dụng mặt trời và gió để định hướng. Trong trường hợp này, trong điều kiện được kiểm soát trong phòng thí nghiệm, người ta thấy rằng la bàn gió chiếm ưu thế so với la bàn mặt trời ở độ cao mặt trời cao, nhưng tình hình bắt đầu thay đổi khi mặt trời tiến gần đến đường chân trời.
Quan sát này chỉ ra rằng có một hệ thống la bàn đa phương thức động, trong đó sự tương tác giữa hai phương thức thay đổi theo thông tin cảm giác. Nghĩa là, con bọ định hướng vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày, dựa vào nguồn thông tin đáng tin cậy nhất tại thời điểm cụ thể đó (mặt trời lặn - mặt trời tham chiếu; mặt trời lên cao - gió tham chiếu).
Tiếp theo, các nhà khoa học quyết định kiểm tra xem gió có giúp định hướng cho bọ cánh cứng hay không. Vì mục đích này, một đấu trường có đường kính 1 m đã được chuẩn bị sẵn thức ăn ở trung tâm. Tổng cộng, bọ cánh cứng đã thực hiện 20 lần hoàng hôn ở vị trí cao của mặt trời: 10 lần có gió và 10 lần không có gió (2F).
Đúng như dự đoán, sự hiện diện của gió đã làm tăng độ chính xác định hướng của bọ cánh cứng. Cần lưu ý rằng trong những quan sát ban đầu về độ chính xác của la bàn mặt trời, sự thay đổi góc phương vị giữa hai bộ liên tiếp tăng gấp đôi ở vị trí mặt trời cao (>75°) so với vị trí thấp hơn (<60°).
Vì vậy, chúng tôi nhận ra rằng gió đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng của bọ phân, bù đắp cho sự thiếu chính xác của la bàn mặt trời. Nhưng làm thế nào một con bọ thu thập thông tin về tốc độ và hướng gió? Tất nhiên, điều rõ ràng nhất là điều này xảy ra thông qua ăng-ten. Để xác minh điều này, các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm trong nhà với luồng không khí không đổi (3 m/s) với sự tham gia của hai nhóm bọ cánh cứng - có và không có râu (3A).
Hình ảnh số 3
Tiêu chí chính cho độ chính xác của định hướng là sự thay đổi góc phương vị giữa hai cách tiếp cận khi hướng luồng không khí thay đổi 180°.
Những thay đổi về hướng chuyển động của bọ cánh cứng có râu được tập hợp xung quanh 180°, trái ngược với những con bọ không có râu. Ngoài ra, sự thay đổi tuyệt đối trung bình về phương vị đối với bọ cánh cứng không có râu là 104,4 ± 36,0°, rất khác so với thay đổi tuyệt đối đối với bọ cánh cứng có râu - 141,0 ± 45,0° (biểu đồ trong 3V). Nghĩa là, những con bọ không có râu không thể di chuyển bình thường trong gió. Tuy nhiên, họ vẫn có thể định hướng tốt dưới ánh mặt trời.
trên hình ảnh 3А hiển thị một thiết lập thử nghiệm để kiểm tra khả năng kết hợp thông tin từ các phương thức cảm giác khác nhau của bọ cánh cứng để điều chỉnh lộ trình của chúng. Để làm điều này, thử nghiệm bao gồm cả hai mốc (gió + mặt trời) trong lần tiếp cận đầu tiên hoặc chỉ một mốc (mặt trời hoặc gió) trong lần thứ hai. Bằng cách này, tính đa phương thức và tính đơn phương thức được so sánh.
Các quan sát cho thấy những thay đổi về hướng chuyển động của bọ cánh cứng sau khi chuyển từ mốc đa phương thức sang mốc đơn phương thức tập trung quanh 0°: chỉ gió: −8,2 ± 64,3°; chỉ có mặt trời: 16,5 ± 51,6° (biểu đồ ở giữa và bên phải 3C).
Đặc điểm định hướng này không khác với đặc điểm thu được khi có hai mốc (mặt trời + gió) (biểu đồ bên trái trong 3S).
Điều này cho thấy rằng, trong những điều kiện được kiểm soát, một con bọ có thể sử dụng một mốc nếu mốc thứ hai không cung cấp đủ thông tin, tức là bù đắp cho sự thiếu chính xác của một mốc bằng mốc thứ hai.
Nếu bạn cho rằng các nhà khoa học chỉ dừng lại ở đó thì thực tế không phải vậy. Tiếp theo, cần phải kiểm tra xem bọ cánh cứng lưu trữ thông tin về một trong các địa danh tốt như thế nào và liệu chúng có sử dụng nó như một phần bổ sung trong tương lai hay không. Với mục đích này, 4 cách tiếp cận đã được thực hiện: cách thứ nhất có 1 điểm mốc (mặt trời), cách thứ hai và thứ ba, một luồng không khí được thêm vào, và trong cách thứ tư chỉ có một luồng không khí. Một thử nghiệm cũng được tiến hành trong đó các mốc theo thứ tự ngược lại: gió, mặt trời + gió, mặt trời + gió, mặt trời.
Một lý thuyết tạm thời là nếu bọ cánh cứng có thể lưu trữ thông tin về cả hai mốc trong cùng một vùng trí nhớ không gian trong não, thì chúng sẽ duy trì cùng một hướng trong lần truy cập đầu tiên và thứ tư, tức là. những thay đổi về hướng chuyển động sẽ tập trung quanh 0°.
Hình ảnh số 4
Dữ liệu được thu thập về sự thay đổi góc phương vị trong lần chạy đầu tiên và thứ tư đã xác nhận giả định trên (4A), điều này đã được xác nhận thêm thông qua mô hình hóa, kết quả của nó được mô tả trong biểu đồ 4C (trái).
Để kiểm tra bổ sung, các thử nghiệm đã được thực hiện trong đó luồng không khí được thay thế bằng điểm cực tím (4B và 4C ở bên phải). Kết quả gần như giống hệt với các thử nghiệm về ánh nắng mặt trời và luồng không khí.
Để làm quen chi tiết hơn với các sắc thái của nghiên cứu, tôi khuyên bạn nên xem и cho anh ta.
Phần kết
Sự kết hợp các kết quả từ các thí nghiệm trong cả môi trường tự nhiên và môi trường được kiểm soát cho thấy ở bọ phân, thông tin thị giác và cảm giác cơ học hội tụ trong một mạng lưới thần kinh chung và được lưu trữ dưới dạng ảnh chụp nhanh của la bàn đa phương thức. So sánh hiệu quả của việc sử dụng mặt trời hoặc gió làm tài liệu tham khảo cho thấy bọ cánh cứng có xu hướng sử dụng tài liệu tham khảo cung cấp cho chúng nhiều thông tin hơn. Cái thứ hai được sử dụng như một cái dự phòng hoặc bổ sung.
Điều này có vẻ như là một điều rất bình thường đối với chúng ta, nhưng đừng quên rằng bộ não của chúng ta lớn hơn rất nhiều so với một con bọ nhỏ. Tuy nhiên, như chúng ta đã biết, ngay cả những sinh vật nhỏ nhất cũng có khả năng thực hiện các quá trình tâm trí phức tạp, vì trong môi trường hoang dã, sự sống sót của bạn phụ thuộc vào sức mạnh hoặc trí thông minh và thường là sự kết hợp của cả hai.
Thứ sáu ngoài trời:
Ngay cả bọ cánh cứng cũng tranh giành con mồi. Và việc con mồi chỉ là một cục phân cũng không thành vấn đề.
(Trái đất BBC, David Attenborough)
Cảm ơn đã đọc, hãy tò mò và chúc các bạn cuối tuần vui vẻ! 🙂
Cảm ơn bạn đã ở với chúng tôi. Bạn có thích bài viết của chúng tôi? Bạn muốn xem nội dung thú vị hơn? Hỗ trợ chúng tôi bằng cách đặt hàng hoặc giới thiệu cho bạn bè, Giảm giá 30% cho người dùng Habr trên một máy chủ tương tự duy nhất của máy chủ cấp đầu vào do chúng tôi phát minh ra dành cho bạn: (có sẵn với RAID1 và RAID10, tối đa 24 lõi và tối đa 40GB DDR4).
Dell R730xd rẻ gấp 2 lần? Chỉ ở đây ở Hà Lan! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - từ $99! Đọc về
Nguồn: www.habr.com