Djurnavigering
Djurnavigering är förmågan hos många djur att hitta rätt utan kartor eller instrument. Fåglar som tärnan , insekter som monarkfjärilen och fiskar som laxen vandrar regelbundet tusentals mil till och från sina häckningsplatser, och många andra arter navigerar effektivt över kortare avstånd.
Dead reckoning , att navigera från en känd position med endast information om sin egen hastighet och riktning, föreslogs av Charles Darwin 1873 som en möjlig mekanism. På 1900-talet Karl von Frisch att honungsbin kan navigera efter solen, genom den blå himlens polariseringsmönster och med jordens magnetfält; av dessa förlitar de sig på solen när det är möjligt. William Tinsley Keeton visade att målduvor på liknande sätt kunde använda sig av en rad navigationssignaler, inklusive solen, jordens magnetfält , lukt och syn. Ronald Lockley visade att en liten sjöfågel, Manx shearwater , kunde orientera sig och flyga hem i full fart, när den släpptes långt hemifrån, förutsatt att antingen solen eller stjärnorna var synliga.
Flera djurarter kan integrera ledtrådar av olika slag för att orientera sig och navigera effektivt. Insekter och fåglar kan kombinera inlärda landmärken med avkänd riktning (från jordens magnetfält eller från himlen) för att identifiera var de är och så för att navigera. Inre "kartor" bildas ofta med hjälp av syn, men andra sinnen inklusive lukt och ekolokalisering kan också användas.
Vilda djurs förmåga att navigera kan påverkas negativt av produkter från mänsklig aktivitet. Till exempel finns det bevis för att bekämpningsmedel kan störa binavigering och att lampor kan skada sköldpaddans navigering.
Tidig forskning
År 1873 skrev Charles Darwin ett brev till tidningen Nature och hävdade att djur inklusive människan har förmågan att navigera med dödlig räkning, även om en magnetisk "kompass"-känsla och förmågan att navigera efter stjärnorna är närvarande:
När det gäller frågan om med vilka medel djur hitta hem på långt avstånd, kommer en slående redogörelse, i förhållande till människan, att finnas i den engelska översättningen av Expeditionen till Nordsibirien, av Von Wrangell . Han beskriver där det underbara sättet på vilket de infödda höll en sann kurs mot en viss plats, medan de passerade en lång sträcka genom häftig is, med oupphörliga riktningsförändringar och utan guide i himlen eller på det frusna havet. Han konstaterar (men jag citerar bara från minne av många år) att han, en erfaren landmätare, och med hjälp av en kompass, misslyckades med att göra det som dessa vildar lätt åstadkom. Ändå kommer ingen att anta att de hade något speciellt sinne som är helt frånvarande hos oss. Vi måste komma ihåg att varken en kompass, eller nordstjärnan, eller något annat sådant tecken, räcker för att vägleda en man till en speciell plats genom ett intrikat land, eller genom häftig is, när många avvikelser från en rak kurs är oundvikliga, om inte avvikelserna tillåts, eller ett slags "dödräkning" hålls. Alla män kan göra detta i större eller mindre grad, och Sibiriens infödda tydligen i en underbar omfattning, dock troligen på ett omedvetet sätt. Detta sker utan tvekan främst av synen, men delvis kanske av känslan av muskelrörelser, på samma sätt som en man med blinda ögon kan fortsätta (och vissa män mycket bättre än andra) en kort sträcka i en nästan rak linje, eller sväng i rät vinkel, eller tillbaka igen. Det sätt på vilket riktningskänslan ibland plötsligt rubbas hos mycket gamla och svaga personer, och känslan av stark nöd som, som jag vet, har upplevts av personer när de plötsligt har fått reda på att de har pågått i en helt oväntad och fel riktning, leder till misstanke om att någon del av hjärnan är specialiserad för riktningens funktion.
Senare 1873 svarade Joseph John Murphy till Darwin och skrev tillbaka till naturen med en beskrivning av hur han, Murphy, trodde att djur utförde döda räkningar, genom vad som nu kallas tröghetsnavigering :
Om en kula är fritt upphängd från taket på en järnvägsvagn kommer den att få en stöt som är tillräcklig för att flytta den när vagnen sätts i rörelse: och stötens storlek och riktning … beror på kraftens storlek och riktning med vilken vagnen börjar röra sig ... [och så] ... varje förändring i ... vagnens rörelse ... kommer att ge en stöt av motsvarande storlek och riktning till bollen. Nu är det tänkbart fullt möjligt, även om en sådan delikat mekanism inte är att hoppas på, att en maskin bör konstrueras … för att registrera storleken och riktningen av alla dessa stötar, med den tidpunkt då varje inträffade … från dessa data vagnens position … kan beräknas när som helst.
Karl von Frisch (1886–1982) studerade det europeiska honungsbiet och visade att bin kan känna igen en önskad kompassriktning på tre olika sätt: med solen, genom den blå himlens polarisationsmönster och genom jordens magnetfält. Han visade att solen är den föredragna eller huvudkompassen; de andra mekanismerna används under molnig himmel eller inuti en mörk bikupa .
William Tinsley Keeton (1933–1980) studerade målduvor och visade att de kunde navigera med hjälp av jordens magnetfält , solen, samt både lukt- och visuella signaler.
Donald Griffin (1915–2003) studerade ekolokalisering hos fladdermöss och visade att det var möjligt och att fladdermöss använde denna mekanism för att upptäcka och spåra byten, och för att "se" och på så sätt navigera genom världen omkring dem.
Ronald Lockley (1903–2000), bland många studier av fåglar i över femtio böcker, var pionjär inom vetenskapen om fågelvandring. Han gjorde en tolvårig studie av skärvatten som Manx skärvatten , som bor på den avlägsna ön Skokholm . Dessa små sjöfåglar gör en av de längsta flyttningarna av någon fågel — 10 000 kilometer — men återvänder till den exakta häckningshålan på Skokholm år efter år. Detta beteende ledde till frågan om hur de navigerade.
Mekanismer
Lockley började sin bok Animal Navigation med orden:
Hur hittar djuren sin väg över till synes spårlöst land, genom stiglösa skogar, över tomma öknar, över och under särpräglade hav? ... De gör det, naturligtvis, utan någon synlig kompass , sextant , kronometer eller diagram ...
Många mekanismer för rumslig kognition har föreslagits för djurnavigering: det finns bevis för ett antal av dem. Utredare har ofta tvingats förkasta de enklaste hypoteserna - till exempel kan vissa djur navigera en mörk och molnig natt, när varken landmärken eller himmelska signaler som sol, måne eller stjärnor är synliga. De huvudsakliga mekanismerna som är kända eller antagna beskrivs i sin tur nedan.
Kom ihåg landmärken
Djur inklusive däggdjur, fåglar och insekter som bin och getingar ( Ammophila och Sphex ), kan lära sig landmärken i sin miljö och använda dessa i navigering.
Orientering av solen
Vissa djur kan navigera med hjälp av himmelska signaler som solens position. Eftersom solen rör sig på himlen kräver navigering på detta sätt också en intern klocka. Många djur är beroende av en sådan klocka för att bibehålla sin dygnsrytm . Djur som använder solkompassorientering är fiskar , fåglar, havssköldpaddor, fjärilar , bin , sandhoppare , reptiler och myror .
När sandhoppare (som Talitrus saltator ) tas upp på en strand hittar de lätt tillbaka ner till havet. Det har visat sig att detta inte bara är genom att röra sig nedför eller mot synen eller bruset av havet. En grupp sandhoppare acklimatiserades till en dag/natt-cykel under artificiell belysning, vars tidpunkt gradvis ändrades tills den var 12 timmar ur fas med den naturliga cykeln. Sedan placerades sandhopparna på stranden i naturligt solljus. De flyttade bort från havet, upp på stranden. Experimentet innebar att sandhopparna använder solen och sin inre klocka för att bestämma sin kurs, och att de hade lärt sig den faktiska riktningen ner till havet på just sin strand.
Experiment med manxskärar visade att när de släpptes "under klar himmel" långt från sina bon, orienterade sig sjöfåglarna först och flög sedan iväg i rätt riktning. Men om himlen var mulen vid tidpunkten för frigivningen flög klipporna runt i cirklar.
Monarkfjärilar använder solen som en kompass för att styra sin sydvästliga höstvandring från Kanada till Mexiko.
Orientering vid natthimlen
I ett banbrytande experiment visade Lockley att sångare placerade i ett planetarium som visar natthimlen orienterade sig mot söder; när planetariehimlen sedan roterades mycket långsamt, behöll fåglarna sin orientering i förhållande till de visade stjärnorna. Lockley observerar att för att navigera efter stjärnorna skulle fåglar att behöva både en "sextant och kronometer": en inbyggd förmåga att läsa mönster av stjärnor och att navigera efter dem, vilket också kräver en exakt dygnsklocka.
visades den afrikanska dyngbaggen Scarabaeus zambesianus navigera med hjälp av polarisationsmönster i månsken , vilket gör den till det första djuret känt för att använda polariserat månsken för orientering. 2013 visades det att dyngbaggar kan navigera när bara Vintergatan eller hopar av ljusa stjärnor är synliga, vilket gör dyngbaggar till de enda insekter som är kända för att orientera sig vid galaxen.
Orientering med polariserat ljus
Vissa djur, särskilt insekter som honungsbiet , är känsliga för ljusets polarisering. Honungsbin kan använda polariserat ljus på mulna dagar för att uppskatta solens position på himlen, i förhållande till kompassriktningen de tänker färdas. Karl von Frischs arbete fastställde att bin exakt kan identifiera riktningen och intervallet från kupan till en födokälla (vanligtvis en fläck med nektarbärande blommor). Ett arbetsbi återvänder till kupan och signalerar till andra arbetare räckvidden och riktningen i förhållande till födokällans sol med hjälp av en viftande dans . De observerande bina kan sedan lokalisera maten genom att flyga den antydda sträckan i den givna riktningen, även om andra biologer har ifrågasatt om de nödvändigtvis gör det, eller helt enkelt stimuleras att gå och leta efter mat. Däremot kan bin säkert komma ihåg var maten finns och att navigera tillbaka till den exakt, oavsett om vädret är soligt (i vilket fall navigering kan ske från solen eller ihågkomna visuella landmärken) eller till stor del mulet (när polariserat ljus kan vara Begagnade).
Magnetoreception
Vissa djur, inklusive däggdjur som blindmullvadsråttor ( Spalax ) och fåglar som duvor, är känsliga för jordens magnetfält.
Målduvor använder magnetfältsinformation med andra navigationssignaler. Banbrytande forskare William Keeton visade att tidsförskjutna målduvor inte kunde orientera sig korrekt på en klar solig dag, utan kunde göra det på en mulen dag, vilket tyder på att fåglarna föredrar att lita på solens riktning, men byter till att använda en magnetfältssignal när solen inte syns. Detta bekräftades av experiment med magneter: duvorna kunde inte orientera sig korrekt på en mulen dag när magnetfältet stördes.
Doft
Luktnavigering har föreslagits som en möjlig mekanism hos duvor. Papis "mosaik"-modell hävdar att duvor bygger och minns en mental karta över dofterna i deras område, och känner igen var de är genom den lokala lukten. Wallraffs "gradient"-modell hävdar att det finns en stadig, storskalig luktgradient som förblir stabil under långa perioder. Om det fanns två eller flera sådana gradienter i olika riktningar, skulle duvorna kunna lokalisera sig i två dimensioner av luktens intensitet. Det är emellertid inte klart att sådana stabila gradienter existerar. Papi hittade bevis för att anosmiska duvor (som inte kan upptäcka lukt) var mycket sämre att orientera sig och navigera än vanliga duvor, så lukten verkar vara viktig i duvanavigering. Det är dock inte klart hur luktsignaler används.
Luktsignaler kan vara viktiga hos lax , som är kända för att återvända till den exakta floden där de kläcktes. Lockley rapporterar experimentella bevis för att fiskar som minnows exakt kan se skillnaden mellan vattnet i olika floder. Lax kan använda sitt magnetiska sinne för att navigera till inom räckhåll för sin flod och sedan använda lukt för att identifiera floden på nära håll.
Gravitationsreceptorer
GPS- spårningsstudier indikerar att gravitationsavvikelser kan spela en roll i målduvans navigering.
Andra sinnen
Biologer har övervägt andra sinnen som kan bidra till djurnavigering. Många marina djur som sälar är kapabla till hydrodynamisk mottagning , vilket gör att de kan spåra och fånga byten som fiskar genom att känna av störningarna som deras passage lämnar efter sig i vattnet. Havsdäggdjur som delfiner och många arter av fladdermöss är kapabla till ekolokalisering , som de använder både för att upptäcka byten och för orientering genom att känna av sin miljö.
Vägmarkering
Skogmusen är det första icke-mänskliga djuret som observeras, både i naturen och under laboratorieförhållanden, med hjälp av rörliga landmärken för att navigera . Under födosökningar plockar de upp och distribuerar visuellt iögonfallande föremål, såsom löv och kvistar, som de sedan använder som landmärken under utforskningen och flyttar markörerna när området har utforskats.
Banintegrering
Dödräkning , hos djur som vanligtvis kallas vägintegration , innebär att man sätter samman ledtrådar från olika sensoriska källor i kroppen, utan hänvisning till visuella eller andra yttre landmärken, för att uppskatta position i förhållande till en känd startpunkt kontinuerligt medan man färdas på en väg som är inte nödvändigtvis rak. Sett som ett problem inom geometri är uppgiften att beräkna vektorn till en startpunkt genom att lägga till vektorerna för varje etapp av resan från den punkten.
Sedan Darwins On the Origins of Certain Instincts (citerad ovan) 1873, har vägintegration visat sig vara viktig för navigering hos djur inklusive myror, gnagare och fåglar . När syn (och därmed användningen av ihågkomna landmärken) inte är tillgänglig, till exempel när djur navigerar en molnig natt, i det öppna havet eller i relativt karaktärslösa områden som sandöknar, måste vägintegration förlita sig på idiotetiska signaler inifrån kroppen.
Studier av Wehner i Saharas ökenmyra ( Cataglyphis bicolor ) visar effektiv vägintegration för att bestämma riktningsriktning (genom polariserat ljus eller solposition) och för att beräkna avstånd (genom att övervaka benrörelser eller optiskt flöde).
Banintegrering hos däggdjur använder sig av de vestibulära organen , som upptäcker accelerationer i de tre dimensionerna , tillsammans med motorisk efferens , där det motoriska systemet talar om för resten av hjärnan vilka rörelser som beordrades, och optiskt flöde , där det visuella systemet signalerar hur snabbt den visuella världen rör sig förbi ögonen. Information från andra sinnen som ekolokalisering och magnetoreception kan också integreras i vissa djur. Hippocampus är den del av hjärnan som integrerar linjär och vinkelrörelse för att koda ett däggdjurs relativa position i rymden .
David Redish konstaterar att "De noggrant kontrollerade experimenten av Mittelstaedt och Mittelstaedt (1980) och Etienne (1987) har definitivt visat att [vägintegration i däggdjur] är en konsekvens av att integrera interna signaler från vestibulära signaler och motorisk efferent kopia".
Effekter av mänsklig aktivitet
Neonicotinoida bekämpningsmedel kan försämra binas förmåga att navigera. Bin som exponerats för låga nivåer av tiametoxam var mindre benägna att återvända till sin koloni, i en utsträckning som var tillräcklig för att äventyra en kolonis överlevnad.
Ljusföroreningar attraherar och desorienterar fotofila djur, de som följer ljuset. Till exempel följer kläckande havssköldpaddor starkt ljus, särskilt blåaktigt ljus, vilket förändrar deras navigering. Störd navigering hos nattfjärilar kan lätt observeras runt ljusa lampor på sommarnätter. Insekter samlas runt dessa lampor med hög densitet istället för att navigera naturligt.
Se även
Anteckningar
Källor
- Lockley, Ronald M. (1967). Djurnavigering . Pan böcker.
- Lockley, Ronald M. (1942). Shearwaters . JM Dent.
- Redish, A. David (1999). Bortom den kognitiva kartan (PDF) . MIT Press.
- Tinbergen, Nico (1984). Nyfikna naturforskare (Reviderad utg.). University of Massachusetts Press.
- von Frisch, Karl (1953). De dansande bina . Harcourt, Brace & World.
Vidare läsning
- Gauthreaux, Sidney A. (1980). Djurmigrering, orientering och navigering . Akademisk press.
- Keeton, William (1972) Effekter av magneter på duvor . sidorna 579–594 i Djurorientering och navigering . NASA SP-262.
- Keeton, William (1977) Magnetisk mottagning (biologi). I Encyclopedia of Science and Technology , 2nd Ed. McGraw-Hill.
- Keeton, William (1979) Pigeon Navigation . sidorna 5–20 i Neural Mechanisms of Behaviour in the Pigeon . (AM Granda och JH Maxwell, red.) Plenum Publishing.
externa länkar
- Hur saker fungerar: Djurnavigering
- Oldenburger Universitet: Djurnavigering
- National Geographic: Animal Navigation (resurser för lärare)
| Biologisk svärmning |  |
|
|---|---|---|
| Djurvandring | ||
| Svärmalgoritmer | ||
| Kollektiv rörelse | ||
| Svärmrobotik | ||
| Relaterade ämnen | ||
