我们提出或试图回答一些问题：为什么天空是蓝色的、天空中有多少颗星星、谁更强——白鲨还是虎鲸等等。 有些问题我们没有问，但这并不会让答案变得不那么有趣。 这些问题包括：隆德大学（瑞典）、威特沃特斯兰德大学（南非）、斯德哥尔摩大学（瑞典）和维尔茨堡大学（德国）的科学家结合在一起，有什么如此重要的意义？ 这可能是非常重要、非常复杂并且非常有用的东西。 嗯，很难确定这一点，但这绝对是非常有趣的，即粪甲虫如何在太空中导航。 乍一看，这里的一切都很琐碎，但我们的世界充满了事情并不像看起来那么简单，粪甲虫就是证明。 那么，粪甲虫的导航系统有什么独特之处，科学家是如何测试它的，以及竞争与它有什么关系呢？ 我们将在研究小组的报告中找到这些问题和其他问题的答案。 去。
主角
首先，有必要了解一下这项研究的主角。 他坚强、勤奋、执着、英俊、有爱心。 它是金龟子科的粪甲虫。
由于粪甲虫的美食偏好，它们的名字不太吸引人。 一方面，这有点恶心，但对于粪甲虫来说，它是极好的营养来源，这就是为什么该科的大多数物种不需要其他食物来源，甚至不需要水。 唯一的例外是 Deltochilum valgum 物种，它的代表喜欢吃蜈蚣。
粪甲虫的盛行令大多数其他生物羡慕不已，因为它们生活在除南极洲以外的所有大陆上。 栖息地范围从凉爽的森林到炎热的沙漠。 显然，在动物栖息地中更容易找到大量粪甲虫，这些动物栖息地是生产食物的“工厂”。 粪甲虫更喜欢为未来储存食物。
关于粪甲虫及其复杂生活方式的短片（BBC，David Attenborough）。
不同种类的甲虫有自己的行为适应特征。 有些形成粪球，从收集地点滚出并埋在洞里。 其他人则在地下挖掘隧道，在里面装满食物。 还有一些人，知道穆罕默德和悲伤的说法，只是生活在粪便堆中。
食物供应对甲虫很重要，但并不是出于自我保护的原因，而是出于照顾未来后代的原因。 事实上，粪甲虫幼虫生活在父母之前收集的东西中。 粪便，即幼虫的食物越多，它们生存的可能性就越大。
我在收集资料的过程中发现了这个提法，听起来不太好，尤其是最后一部分：...雄性为雌性而战，将脚靠在隧道的墙壁上，并用角状的生长物推动对手...一些雄性没有角，因此不参与战斗，但有更大的性腺和守卫下一个隧道中的女性......
好吧，让我们从歌词直接转向研究本身。
正如我之前提到的，某些种类的粪甲虫会形成球并将其沿直线滚动，无论所选路线的质量或难度如何，都会将其滚入储存洞中。 由于大量的纪录片，我们对这些甲虫的这种行为最为熟悉。 我们还知道，除了力量（有些物种可以举起自身重量1000倍的物体）、美食偏好和对后代的照顾之外，粪甲虫还具有出色的空间定向能力。 此外，它们是唯一能够在夜间利用星星导航的昆虫。
在南非（观察地点），一只粪甲虫发现“猎物”后，会形成一个球，并开始沿随机方向沿直线滚动，最重要的是远离会毫不犹豫地夺走的竞争对手它所获得的食物。 因此，为了有效逃生，你需要始终朝同一方向移动，不要偏离路线。
正如我们所知，太阳是主要参考点，但它并不是最可靠的。 太阳的高度在一天中不断变化，这会降低定向的准确性。 为什么甲虫不会开始绕圈跑、迷失方向并每 2 分钟检查一次地图？ 可以合理地假设太阳不是空间定向信息的唯一来源。 然后科学家提出甲虫的第二个参考点是风，或者更确切地说是风的方向。 这并不是一个独特的功能，因为蚂蚁甚至蟑螂都能够利用风来找到路。
在他们的工作中，科学家们决定测试粪甲虫如何使用这种多模态感官信息，何时喜欢通过太阳导航，何时喜欢通过风向导航，以及它们是否同时使用这两种选择。 观察和测量是在受试者的自然环境以及模拟、受控的实验室条件下进行的。
研究结果
在这项研究中，主要受试者的角色是由该物种的甲虫扮演的 拉马克金龟子，并在约翰内斯堡（南非）附近的巨石阵农场境内进行了自然环境观察。
图一：白天风速变化（А），白天风向变化（В).
进行了风速和风向的初步测量。 夜间，速度最低（<0,5 m/s），但接近黎明时速度增加，在 3:11 至 00:13（太阳高度~00°）之间达到每日峰值（70 m/s）。
速度值值得注意，因为它们超过了粪甲虫顺势定向所需的阈值 0,15 m/s。 在这种情况下，峰值风速与甲虫的峰值活动在一天中的时间一致 拉马克金龟子.
甲虫将猎物从收集点直线滚动到相当远的距离。 平均而言，整个路线需要 6.1 ± 3.8 分钟。 所以，这段时间他们必须尽可能精确地沿着路线走。
如果就风向而言，在甲虫活动最活跃的时期（06:30至18:30），6分钟内风向的平均变化不超过27.0°。
通过结合全天的风速和风向数据，科学家认为这样的天气条件足以让甲虫进行多模式导航。
图片#2
是时候观察一下了。 为了测试风对粪甲虫空间定向特征的可能影响，创建了一个以食物为中心的圆形“竞技场”。 在受控、稳定的气流（速度为 3 m/s）的情况下，甲虫可以自由地从中心向任何方向滚动它们形成的球。 这些测试是在晴朗的日子进行的，当时太阳高度角全天变化如下：≥75°（高）、45-60°（中）和15-30°（低）。
在两次甲虫访问之间，气流和太阳位置的变化最多可以改变 180°（2А）。 还值得考虑的事实是，甲虫不会患有硬化症，因此在第一次访问后，它们会记住自己选择的路线。 了解这一点后，科学家们将甲虫随后进入竞技场时退出角度的变化考虑在内，作为定向成功的指标之一。
当太阳高度角≥75°（高）时，第一组和第二组之间风向变化 180° 引起的方位角变化集中在 180° 附近（P < 0,001，V 检验），平均变化为 166.9 ± 79.3 °（2B）。 在这种情况下，太阳位置（使用镜子）改变 180° 会引起 13,7 ± 89,1° 的微妙反应（上图下方的圆圈） 2B).
有趣的是，在中低太阳高度时，尽管风向发生变化，甲虫仍坚持自己的路线——平均高度：-15,9±40,2°； P<0,001； 低海拔：7,1±37,6°，P<0,001（2C и 2D）。 但将太阳光线的方向改变180°会产生相反的反应，即甲虫的路线方向发生根本性的改变——平均高度：153,9±83,3°； 低海拔：-162±69,4°； P < 0,001（下圈 2А, 2S и 2D).
也许方位不是受风本身影响，而是受气味影响。 为了测试这一点，第二组测试甲虫的远端触角节被移除，该节段负责嗅觉。 这些甲虫响应 180° 风向变化而表现出的路线变化仍然明显集中在 180° 附近。 换句话说，有嗅觉和没有嗅觉的甲虫之间的定向程度实际上没有差异。
中间结论是粪甲虫利用太阳和风来确定方向。 在这种情况下，在受控的实验室条件下，发现在太阳高度较高时，风罗盘优于太阳罗盘，但当太阳接近地平线时，情况开始发生变化。
这一观察表明存在一个动态多模式罗盘系统，其中两种模式之间的相互作用根据感官信息而变化。 也就是说，甲虫可以在一天中的任何时间进行导航，依赖于该特定时刻最可靠的信息源（太阳很低 - 太阳是参考；太阳很高 - 风是参考）。
接下来，科学家们决定检查风是否有助于甲虫定向。 为此，准备了一个直径为 1 m 的竞技场，中心放置有食物。 甲虫总共在太阳的高位创造了 20 次日落：10 次有风，10 次无风（2F).
正如预期的那样，风的存在提高了甲虫的定位精度。 值得注意的是，在太阳罗盘精度的早期观测中，与较低位置（<75°）相比，在高太阳位置（>60°）处，两个连续组之间的方位角变化加倍。
因此，我们意识到风在粪甲虫的定向中起着重要作用，可以补偿太阳罗盘的不准确性。 但是甲虫如何收集有关风速和风向的信息呢？ 当然，最明显的是这是通过触角发生的。 为了验证这一点，科学家在室内以恒定气流（3 m/s）进行了测试，并邀请两组甲虫（有触角和无触角）参与（3A).
图片#3
定向精度的主要标准是气流方向改变180°时两种进场之间方位角的变化。
与没有触角的甲虫相比，有触角的甲虫的运动方向变化集中在 180° 左右。 此外，没有触角的甲虫的方位角的平均绝对变化为 104,4 ± 36,0°，这与有触角的甲虫的绝对变化非常不同 - 141,0 ± 45,0°（图表中的图表） 3V）。 也就是说，没有触角的甲虫无法在风中正常导航。 然而，它们仍然能很好地适应太阳的方向。
在图像上 3А 显示了一个测试装置，用于测试甲虫结合不同感官方式的信息来调整其路线的能力。 为此，测试在第一次进场期间包括两个地标（风+太阳），或者在第二次进场期间仅包括一个地标（太阳或风）。 这样就比较了多模态和单模态。
观察表明，从多峰地标过渡到单峰地标后，甲虫运动方向的变化集中在0°附近：仅风：-8,2±64,3°；仅风：-16,5±51,6°；仅风：-XNUMX±XNUMX°。 仅太阳：XNUMX ± XNUMX°（图表位于中间和右侧） 3C).
该方向特征与在存在两个（太阳+风）地标的情况下获得的方向特征没有什么不同（左图） 3S).
这表明，在受控条件下，如果第二个地标不能提供足够的信息，甲虫可以使用一个地标，也就是说，用第二个地标来补偿一个地标的不准确性。
如果你认为科学家就此止步，那么事实并非如此。 接下来，有必要检查甲虫存储有关地标之一的信息的情况，以及它们将来是否将其用作补充。 为此，进行了 4 种方法：第一种方法有 1 个地标（太阳），第二种和第三种方法添加了气流，第四种方法中只有气流。 还进行了一项测试，其中地标的顺序相反：风、太阳+风、太阳+风、太阳。
一个初步的理论是，如果甲虫可以将关于两个地标的信息存储在大脑的同一空间记忆区域中，那么它们应该在第一次和第四次访问中保持相同的方向，即运动方向的变化应集中在 0° 附近。
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在第一次和第四次运行期间收集的方位角变化数据证实了上述假设（4A），并通过建模进一步证实了这一点，其结果如图4C（左）所示。
作为附加检查，进行了用紫外线点（右侧的 4B 和 4C）代替气流的测试。 结果与阳光和气流测试几乎相同。
为了更详细地了解这项研究的细微差别，我建议查看 и 对他
结语
自然环境和受控环境中的实验结果相结合表明，在粪甲虫中，视觉和机械感觉信息汇聚在一个共同的神经网络中，并存储为多模式指南针的快照。 使用太阳或风作为参考的有效性的比较表明，甲虫倾向于使用为它们提供更多信息的参考。 第二个用作备用或补充。
这对我们来说似乎是很常见的事情，但不要忘记我们的大脑比小虫子的大脑大得多。 但是，正如我们所知，即使是最小的生物也能够进行复杂的心理过程，因为在野外，你的生存取决于力量或智力，而且通常取决于两者的结合。
周五非顶：
甚至甲虫也会争夺猎物。 猎物是一团粪也没关系。
（英国广播公司地球频道，大卫·阿滕伯勒）
感谢您的阅读，保持好奇心，祝大家周末愉快！ 🙂
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来源： habr.com