粪甲虫GPS：多模式定位系统

我们询问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，谁更坚强-白鲨鱼或虎鲸等。 还有一些我们没有问过的问题，但是答案并没有那么有趣。 这些问题包括以下内容-隆德（瑞典），威特沃特斯兰德（南非），斯德哥尔摩（瑞典）和维尔茨堡（德国）的科学家决定共同研究的重要意义是什么？ 这可能是非常重要，非常复杂且非常有用的东西。 好吧，对此很难确定，但绝对很有趣，即虫如何在太空中航行。 乍一看，这里的一切都是微不足道的，但是我们的世界充满了不像粪甲虫所证实的那样简单的事物。 那么，正如科学家已经证实的那样，粪甲虫的导航系统有什么独特之处，而竞争与之有什么关系呢？ 我们将在研究小组的报告中找到这些和其他问题的答案。 走吧

主角

首先，值得了解这项研究的主要特征。 他是坚强，勤奋，执着，美丽和关怀的人。 他是圣甲虫超家族的虫。



ung虫由于在美食方面的偏爱而得名，但并不是很吸引人。 一方面，这有点令人作呕，但对于a虫来说，它是极好的营养来源，该家族的大多数物种都不需要其他食物甚至水。 唯一的例外是Deltochilum valgum种，其代表喜欢吃ipe。

大部分其他活生物都羡慕虫的流行，因为它们生活在除南极洲以外的所有大洲。 生境范围从凉爽的森林到闷热的沙漠。 显然，很容易在动物的栖息地中发现大量的甲虫，它们是生产食物的“工厂”。 ung虫喜欢为将来储备食物。


有关粪便甲虫及其生活困难的小录像（英国广播公司，大卫·阿滕伯勒）。

不同类型的甲虫具有自己的行为适应特征。 一些由肥料形成的球，从收集点滚动并埋在一个孔中。 其他人则在地下挖隧道，以填满食物。 第三，知道关于穆罕默德和悲痛的谚语，简直就是生活在堆肥中。

甲虫的粮食储备很重要，但出于自我保护的考虑却没有那么重要，而是出于对未来后代的关注。 事实是d虫的幼虫生活在其父母较早收集的东西中。 粪便越多，即为幼虫提供食物，它们存活的可能性就越大。


好吧，从歌词我们直接进入研究本身。

正如我之前提到的，有些甲虫会形成球状并将它们沿直线滚动，而不是注意所选路线的质量和复杂性，而是将其放入孔中进行存储。 归功于众多的纪录片，正是我们最了解这些错误的行为。 我们还知道，除了强度（某些物种的体重可以增加其自身重量的1000倍），美食偏好和对后代的照料外，粪甲虫在太空中的定位也很好。 而且，它们是唯一能够在夜间导航星空的昆虫。

在南非（观测地点），一只甲虫找到“猎物”，形成一个球，开始沿随机方向直线滚动，最重要的是远离毫不犹豫带走食物的竞争对手。 因此，为了使逃生有效，您需要始终朝着同一方向移动，而不会迷失方向。

正如我们已经知道的那样，太阳是主要准则，但并不是最可靠的准则。 太阳的高度在白天会发生变化，从而导致定位精度降低。 为什么虫子开始绕圈旋转，方向迷惑并每2分钟检查地图一次？ 逻辑上假设太阳不是空间定向信息的唯一来源。 然后科学家建议，甲虫的第二条指导方针是风，或者更确切地说是风的方向。 这不是一个独特的功能，因为蚂蚁甚至蟑螂都可以利用风找到自己的路。

在他们的工作中，科学家决定检查when虫在喜欢在阳光下航行时，在风向中时如何使用这种多峰感官信息，以及是否同时使用这两种方法。 在受试者的自然栖息地以及在模拟的受控实验室条件下进行观察和测量。

研究成果

在这项研究中，主要主题是由甲虫Scarabaeus lamarcki的甲虫扮演的，并且在约翰内斯堡（南非）附近的巨石阵农场内对自然环境进行了观测。


图片编号1：白天的风速变化（ A ），白天的风向变化（ B ）。

对风速和风向进行了初步测量。 在晚上，速度是最低的（<0.5 m / s），但在黎明时增加，从11:00到13:00（太阳高度〜70°）达到每日峰值（3 m / s）。

速度指示符值得注意，因为它们超过了0.15 m / s的阈值，这是粪甲虫的全向定位所必需的。 在这种情况下，风速的峰值与一天中的圣甲虫的活动峰值重合。

甲虫将猎物从收集点沿直线滚动到相当大的距离。 平均而言，整个路线需要6.1±3.8分钟。 因此，在这段时间内，他们必须尽可能准确地遵循路线。

如果我们谈论风的方向，那么在甲虫的最大活动期间（从06:30到18:30），在6分钟的时间内风向的平均变化不超过27.0°。

结合白天的风速和风向数据，科学家认为，这样的天气条件足以满足甲虫的多峰定位需求。


图片编号2

现在该进行观察了。 为了检查风对空间中的甲虫的定向特性的可能影响，创建了一个圆形的“竞技场”，其中心有食物。 甲虫可以以3 m / s的受控稳定气流从中心任意方向自由滚动形成的球。 这些测试是在晴朗的日子中进行的，白天的太阳高度变化如下：≥75°（高），45-60°（中）和15-30°（低）。

两组甲虫（ 2A ）之间的气流和太阳位置的变化可能相差180°。 值得考虑的事实是，甲虫没有患上硬化症，因此，在首次打电话后，它们会记住他们选择的路线。 知道了这一点，科学家将在随后的甲虫接近过程中从竞技场的出射角的变化考虑为成功定向的指标之一。

在太阳高度≥75°（高）时，第一组和第二组之间响应风向180°的方位角变化在180°左右分组（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（使用反射镜）改变​​180°会引起13.7±89.1°的微妙反应（下圆2B ）。

有趣的是，尽管风向发生了变化，但在中低海拔的太阳下，甲虫仍保持其路线-平均海拔：-15.9±40.2°； P <0.001； 低海拔：7.1±37.6°，P <0.001（ 2C和2D ）。 但是，将太阳光线的方向改变180°会产生相反的反应，即甲虫路线的方向发生根本变化-平均高度：153.9±83.3°； 低高度：−162±69.4°; P <0.001（ 2A ， 2C和2D的小圆圈）。

方向可能不受风本身的影响，而是受气味的影响。 为了对此进行测试，将负责嗅觉的远端触角节从第二组测试甲虫中取出。 这些虫子表明，响应风向180°的变化而发生的路线变化在180°附近仍显着分组。 换句话说，有和没有气味的甲虫之间几乎没有方向差异。

一个中间的结论是，粪甲虫利用太阳和风的方向。 此外，在受控的实验室条件下，发现在太阳高度较高的情况下，风罗盘在太阳能上方占主导地位，但是当太阳接近地平线时，情况开始发生变化。

该观察结果表明存在一个动态多模式罗盘系统，其中两种模式之间的交互作用根据感觉信息而变化。 就是说，甲虫在一天中的任何时候都被引导，依靠在这一特定时刻最可靠的信息源（太阳低-太阳的地标；太阳高-风的地标）。

接下来，科学家决定检查风是否有助于确定甲虫的方向。 为此，准备了一个直径为1 m的竞技场，以食物为中心。 甲虫总共制作了20个太阳高的位置：10个带风和10个不带风（ 2F ）。

不出所料，风的存在提高了甲虫定向的准确性。 应当指出，在对太阳罗盘精度的早期观察中，与太阳较低位置（<60°）相比，太阳高位置（> 75°）时两个连续组之间的方位角变化翻了一番。

因此，我们意识到风在定向粪便甲虫方面起着重要作用，可以弥补日光罗盘的误差。 但是，错误如何收集有关风速和风向的信息？ 当然，最明显的是，这是通过触角发生的。 为了验证这一点，科学家在具有恒定风量（3 m / s）的房间内进行了测试，其中有两组甲虫-带有触角和不带有触角（ 3A ）。


图片编号3

定向精度的主要标准是将气流方向改变180°时两种进近之间的方位角变化。

与没有触角的甲虫相反，有触角的甲虫的运动方向变化被分组为180°。 此外，不带触角的甲虫的方位角平均绝对变化为104.4±36.0°，与带触角的甲虫的绝对方位角的绝对变化-141.0±45.0°（ 3V图）非常不同。 也就是说，没有触角的甲虫通常无法在风中航行。 但是，它们仍然在阳光下定向良好。

图3A显示了一个测试设置，用于测试甲虫结合来自各种感官模式的信息以调整其路径的能力。 为此，测试中的两个标志（风+太阳）都在第一个日落出现，而第二个标志中只有一个地标（太阳或风）出现。 因此，比较了多峰和单峰。

观察表明，从多峰参考点切换到单峰参考点后，甲虫的运动方向变化集中在0°左右：只有风：-8.2±64.3°； 只有太阳：16.5±51.6°（中心和右侧图为3C ）。

该定向特性与在存在两个（太阳+风）地标的情况下获得的定向特性没有区别（ 3C处的左侧图）。

这表明，在受控条件下，如果甲虫没有提供足够的信息，则甲虫可以使用一个地标，即用一个地标补偿第二个地标的不准确性。

如果您认为科学家已停止这样做，那么事实并非如此。 接下来，有必要检查这些bug存储有关其中一个地标的信息的性能如何，以及将来是否将其用作补充。 为此，进行了4次呼叫：在第一个呼叫中有1个地标（太阳），在第二个和第三个中增加了气流，而在第四个期间中只有一个气流。 还对地标的倒序进行了测试：风，太阳+风，太阳+风，太阳。

初步的理论是，如果甲虫可以在大脑的空间记忆的相同区域中存储有关两个界标的信息，那么它们在第一种和第四种方法中应保持相同的方向，即 行驶方向的变化应在0°左右分组。


图片编号4

在第一种和第四种方法中收集到的关于方位角变化的数据证实了上述假设（4A），该假设还通过建模得到了证实，其结果如图4C所示（左图）。

作为另一项检查，进行了测试，其中气流被紫外线斑点（右侧的4B和4C）代替。 结果几乎与使用太阳和空气流的测试结果相同。

为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下科学家的报告和其他材料 。

结语

在自然环境和受控环境中的一组实验结果表明，在甲虫中，视觉和机械感官信息在一个公共神经网络中会聚，并保存为多模式罗盘图像。 对使用太阳或风作为指导的有效性的比较表明，甲虫使用为他们提供更多信息的指导。 第二个用作备用或补充。

对于我们来说，这似乎是很常见的事情，但不要忘记我们的大脑比小虫子大得多。 但是，据我们了解，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，您的生存取决于力量或思维，最常见的是两者的结合。


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