我們提出或試著回答一些問題：為什麼天空是藍色的、天空中有多少顆星星、誰比較強——白鯊還是虎鯨等等。 有些問題我們沒有問，但這並不會讓答案變得不那麼有趣。 這些問題包括：隆德大學（瑞典）、威特沃特斯蘭德大學（南非）、斯德哥爾摩大學（瑞典）和維爾茨堡大學（德國）的科學家結合在一起，有什麼如此重要的意義？ 這可能是非常重要、非常複雜且非常有用的東西。 嗯，很難確定這一點，但這絕對是非常有趣的，即糞甲蟲如何在太空中導航。 乍一看，這裡的一切都很瑣碎，但我們的世界充滿了事情並不像看起來那麼簡單，糞便甲蟲就是證明。 那麼，糞金龜的導航系統有什麼獨特之處，科學家是如何測試它的，以及競爭與它有什麼關係呢？ 我們將在研究小組的報告中找到這些問題和其他問題的答案。 去。
主角
首先，有必要了解這項研究的主角。 他堅強、勤奮、執著、英俊、有愛心。 它是金龜子科的糞便甲蟲。
由於糞金龜的美食偏好，它們的名字不太吸引人。 一方面，這有點噁心，但對於糞甲蟲來說，它是極好的營養來源，這就是為什麼該科的大多數物種不需要其他食物來源，甚至不需要水。 唯一的例外是 Deltochilum valgum 物種，它的代表喜歡吃蜈蚣。
糞甲蟲的盛行令大多數其他生物羨慕不已，因為它們生活在除南極洲以外的所有大陸上。 棲息地從涼爽的森林到炎熱的沙漠。 顯然，在動物棲息地中更容易找到大量糞甲蟲，這些動物棲息地是生產食物的「工廠」。 糞金龜更喜歡為未來儲存食物。
關於糞甲蟲及其複雜生活方式的短片（BBC，David Attenborough）。
不同種類的甲蟲有自己的行為適應特徵。 有些形成糞球，從收集地點滾出並埋在洞裡。 其他人則在地下挖掘隧道，在裡面裝滿食物。 還有一些人，知道穆罕默德和悲傷的說法，只是活在糞堆中。
食物供應對甲蟲很重要，但並不是出於自我保護的原因，而是出於照顧未來後代的原因。 事實上，糞金龜幼蟲生活在父母之前收集的東西中。 糞便，也就是幼蟲的食物越多，它們生存的可能性就越大。
我在收集資料的過程中發現了這個提法，聽起來不太好，尤其是最後一部分：……雄性為雌性而戰，將腳靠在隧道的牆壁上，並用角狀的生長物推動對手...一些雄性沒有角，因此不參與戰鬥，但有更大的性腺和守衛下一個隧道中的女性......
好吧，讓我們從歌詞直接轉向研究本身。
正如我之前提到的，某些種類的糞甲蟲會形成球並將其沿直線滾動，無論所選路線的品質或難度如何，都會將其滾入儲藏洞中。 由於大量的紀錄片，我們對這些甲蟲的這種行為最為熟悉。 我們也知道，除了力量（有些物種可以舉起自身重量1000倍的物體）、美食偏好和對後代的照顧之外，糞便甲蟲還具有出色的空間定向能力。 此外，它們是唯一能夠在夜間利用星星導航的昆蟲。
在南非（觀察地點），一隻糞甲蟲發現「獵物」後，會形成一個球，並開始沿著隨機方向沿直線滾動，最重要的是遠離會毫不猶豫地奪走的競爭對手它所獲得的食物。 因此，為了有效逃生，你需要始終朝同一方向移動，不要偏離路線。
正如我們所知，太陽是主要參考點，但它並不是最可靠的。 太陽的高度在一天中不斷變化，這會降低定向的準確性。 為什麼甲蟲不會開始繞圈跑、迷失方向並每 2 分鐘檢查一次地圖？ 可以合理地假設太陽不是空間定向資訊的唯一來源。 然後科學家提出甲蟲的第二個參考點是風，或者更確切地說是風的方向。 這並不是一個獨特的功能，因為螞蟻甚至蟑螂都能夠利用風來找到路。
在他們的工作中，科學家決定測試糞甲蟲如何使用這種多模態感官訊息，何時喜歡透過太陽導航，何時喜歡透過風向導航，以及它們是否同時使用這兩種選擇。 觀察和測量是在受試者的自然環境以及模擬、受控的實驗室條件下進行的。
研究結果
在這項研究中，主要受試者的角色是由該物種的甲蟲扮演的 拉馬克金龜子，並在約翰內斯堡（南非）附近的巨石陣農場境內進行了自然環境觀察。
圖一：白天風速變化（А），白天風向變化（В).
進行了風速和風向的初步測量。 夜間，速度最低（<0,5 m/s），但接近黎明時速度增加，在 3:11 至 00:13（太陽高度~00°）之間達到每日峰值（70 m/s）。
速度值值得注意，因為它們超過了糞金龜順勢定向所需的閾值 0,15 m/s。 在這種情況下，峰值風速與甲蟲的峰值活動在一天中的時間一致 拉馬克金龜子.
甲蟲將獵物從收集點直線滾動到相當遠的距離。 平均而言，整個路線需要 6.1 ± 3.8 分鐘。 所以，這段時間他們必須盡可能精確地沿著路線走。
如果就風向而言，在甲蟲活動最活躍的時期（06:30至18:30），6分鐘內風向的平均變化不超過27.0°。
透過結合全天的風速和風向數據，科學家認為這樣的天氣條件足以讓甲蟲進行多模式導航。
圖片#2
是時候觀察一下了。 為了測試風對糞甲蟲空間定向特徵的可能影響，創建了一個以食物為中心的圓形「競技場」。 在受控、穩定的氣流（速度為 3 m/s）的情況下，甲蟲可以自由地從中心向任何方向滾動它們形成的球。 這些測試是在晴朗的日子進行的，當時太陽高度角全天變化如下：≥75°（高）、45-60°（中）和15-30°（低）。
在兩次甲蟲訪問之間，氣流和太陽位置的變化最多可以改變 180°（2А）。 還值得考慮的事實是，甲蟲不會患有硬化症，因此在第一次訪問後，它們會記住自己選擇的路線。 了解這一點後，科學家們將甲蟲隨後進入競技場時退出角度的變化考慮在內，作為定向成功的指標之一。
當太陽高度角≥75°（高）時，第一組和第二組之間風向變化 180° 引起的方位角變化集中在 180° 附近（P < 0,001，V 檢定），平均變化為 166.9 ± 79.3 °（2B）。 在這種情況下，太陽位置（使用鏡子）改變 180° 會引起 13,7 ± 89,1° 的微妙反應（上圖下方的圓圈） 2B).
有趣的是，在中低太陽高度時，儘管風向發生變化，甲蟲仍堅持自己的路線－平均高度：-15,9±40,2°； P<0,001； 低海拔：7,1±37,6°，P<0,001（2C и 2D）。 但將太陽光線的方向改變180°會產生相反的反應，即甲蟲的路線方向發生根本性的改變－平均高度：153,9±83,3°； 低海拔：-162±69,4°； P < 0,001（下圈 2А, 2S и 2D).
也許方位不是受風本身影響，而是受氣味影響。 為了測試這一點，第二組測試甲蟲的遠端觸角節被移除，該節段負責嗅覺。 這些甲蟲響應 180° 風向變化而表現出的路線變化仍然明顯集中在 180° 附近。 換句話說，有嗅覺和沒有嗅覺的甲蟲之間的定向程度其實沒有差異。
中間結論是糞金龜利用太陽和風來確定方向。 在這種情況下，在受控的實驗室條件下，發現在太陽高度較高時，風羅盤優於太陽羅盤，但當太陽接近地平線時，情況開始改變。
這項觀察顯示存在一個動態多模式羅盤系統，其中兩種模式之間的相互作用根據感官訊息而變化。 也就是說，甲蟲可以在一天中的任何時間進行導航，依賴該特定時刻最可靠的資訊來源（太陽很低 - 太陽是參考；太陽很高 - 風是參考）。
接下來，科學家決定檢查風是否有助於甲蟲定向。 為此，準備了一個直徑為 1 m 的競技場，中心放置有食物。 甲蟲總共在太陽的高位創造了 20 次日落：10 次有風，10 次無風（2F).
正如預期的那樣，風的存在提高了甲蟲的定位精度。 值得注意的是，在太陽羅盤精度的早期觀測中，與較低位置（<75°）相比，在高太陽位置（>60°）處，兩個連續組之間的方位角變化加倍。
因此，我們意識到風在糞甲蟲的定向中起著重要作用，可以補償太陽羅盤的不準確性。 但是甲蟲如何收集有關風速和風向的資訊呢？ 當然，最明顯的是這是透過觸角發生的。 為了驗證這一點，科學家在室內以恆定氣流（3 m/s）進行了測試，並邀請兩組甲蟲（有觸角和無觸角）參與（3A).
圖片#3
定向精度的主要標準是氣流方向改變180°時兩種進場之間方位角的變化。
與沒有觸角的甲蟲相比，有觸角的甲蟲的運動方向變化集中在 180° 左右。 此外，沒有觸角的甲蟲的方位角的平均絕對變化為 104,4 ± 36,0°，這與觸角的甲蟲的絕對變化非常不同 - 141,0 ± 45,0°（圖表中的圖表） 3V）。 也就是說，沒有觸角的甲蟲無法在風中正常導航。 然而，他們仍然能夠借助太陽順利航行。
在圖像上 3А 顯示了一個測試裝置，用於測試甲蟲結合不同感官方式的資訊來調整其路線的能力。 為此，測試在第一次進場期間包括兩個地標（風+太陽），或在第二次進場期間僅包括一個地標（太陽或風）。 這樣就比較了多模態和單模態。
觀察結果表明，從多峰地標過渡到單峰地標後，甲蟲運動方向的變化集中在0°附近：僅風：-8,2±64,3°；僅風：-16,5±51,6°；僅風：-XNUMX±XNUMX °。 僅太陽：XNUMX ± XNUMX°（圖表位於中間和右側） 3C).
此方向特徵與在存在兩個（太陽+風）地標的情況下所獲得的方向特徵沒有什麼不同（左圖） 3S).
這表明，在受控條件下，如果第二個地標不能提供足夠的信息，甲蟲可以使用一個地標，也就是說，用第二個地標來補償一個地標的不準確性。
如果你認為科學家就此止步，那麼事實並非如此。 接下來，有必要檢查甲蟲儲存有關地標之一的資訊的情況，以及它們將來是否將其用作補充。 為此，進行了 4 種方法：第一種方法有 1 個地標（太陽），第二種和第三種方法添加了氣流，第四種方法中只有氣流。 也進行了測試，其中地標的順序相反：風、太陽+風、太陽+風、太陽。
一個初步的理論是，如果甲蟲可以將關於兩個地標的資訊儲存在大腦的同一空間記憶區域中，那麼它們應該在第一次和第四次訪問中保持相同的方向，即運動方向的變化應集中在 0° 附近。
圖片#4
在第一次和第四次運行期間收集的方位角變化數據證實了上述假設（4A），並透過建模進一步證實了這一點，其結果如圖4C（左）所示。
作為附加檢查，進行了用紫外線點（右側的 4B 和 4C）代替氣流的測試。 結果與陽光和氣流測試幾乎相同。
為了更詳細地了解這項研究的細微差別，我建議看看 и 給他。
尾聲
自然環境和受控環境中的實驗結果相結合表明，在糞甲蟲中，視覺和機械感覺資訊匯聚在一個共同的神經網路中，並儲存為多模式指南針的快照。 使用太陽或風作為參考的有效性的比較表明，甲蟲傾向於使用為它們提供更多資訊的參考。 第二個用作備用或補充。
這對我們來說似乎是很常見的事情，但不要忘記我們的大腦比小蟲子的大腦大得多。 但是，正如我們所知，即使是最小的生物也能夠進行複雜的心理過程，因為在野外，你的生存取決於力量或智力，而且通常取決於兩者的結合。
週五關閉：
連甲蟲也會爭奪獵物。 獵物是一團糞也沒關係。
（英國廣播公司地球頻道，大衛‧阿滕伯勒）
感謝您的閱讀，保持好奇心，祝大家週末愉快！ 🙂
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來源： www.habr.com