他们给屎壳郎戴帽子、吹风扇,只为了弄清它们要将粪球滚向何方

 天顺注册招商   2021-04-07 07:52   15 人阅读  0 条评论
原标题:他们给屎壳郎戴帽子、吹风扇,只为了弄清它们要将粪球滚向何方

以下文章来源于科研圈 ,作者科研圈

来源 | 公众号“科研圈”

编译 | 戚译引

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身处阴沟也要仰望星空,就不会迷失方向。

他们给屎壳郎戴帽子、吹风扇,只为了弄清它们要将粪球滚向何方  第1张

图片 | Pixabay

如果你身在野外,没有 GPS、地图或指南针,你会如何判断方位?对于习惯于使用工具的人类而言,根据大自然的线索认路是一件困难的事情。许多动物在这一点上完胜人类,包括头朝下倒退着推粪球的屎壳郎。近日,《昆虫学年鉴》(Annual Review of Entomology)上发表的一篇论文综合论述了蜣螂如何借助日光、风向、银河和月亮偏振光判断方位,以便高效将粪球滚走。

该研究由来自瑞典和南非的科学家合作完成。研究第一作者、瑞典隆德大学生物学家 Marie Dacke 长期研究屎壳郎导航问题,曾因此获得 2013 年搞笑诺贝尔奖生物学和天文学奖项。

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人们俗称的屎壳郎,一般指金龟子科中的蜣螂亚科(Scarabaeinae)。全世界已知的蜣螂大约有 8000 多种,大部分蜣螂会挖地道将粪便运走,只有约 600 种蜣螂有滚粪球的习性。它们把粪球当作食物或求偶的礼物,雌性也会将卵产在粪球中,确保后代一出生就能吃上新鲜的粪。

因为同类之间经常发生抢劫事件,快速把粪球推到安全的地方很重要。“在南非,屎壳郎简直能让大象粪便活起来,一个粪堆里就能有成百上千只屎壳郎,而且它们还会互相冲撞,试图抢走粪球,”研究共同作者、隆德大学神经行为学家 Eric Warrant 说,“所以它们一定不希望绕了一圈又回到闹哄哄的粪堆去。它们会朝着任意方向沿直线走,尽快离开现场。”这段路程的时间相对固定,大约是 6 分钟。

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走直线其实比我们想象的要困难。2009 年的一项研究曾经让人类被试在德国的森林中和撒哈拉沙漠里行走,发现在看不到太阳的时候,人们就会原地绕圈。如果蒙上眼睛,人们甚至会围绕一个直径 20 米左右的圈子打转。在其他动物身上也能观察到相似现象,这是因为步态不对称等原因导致的。那么,蜣螂是怎么走直线的呢?

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屎壳郎在古埃及被称为圣甲虫。古埃及人相信,太阳被屎壳郎推动着滚过天空,便有了日升日落。赫拉波罗(Horapollo)还提出,屎壳郎会参照太阳方位将粪球从西推向东。但直到 2003 年,科学研究才证实了这个结论。

Dacke 和南非金山大学(University of the Witwatersrand)的研究者们研究了 5 种蜣螂,发现它们在自然环境下通常朝着太阳的方向滚粪球。而如果他们用镜子反射太阳,同时遮挡真正的太阳,实验场地中的蜣螂就会朝着镜中太阳的方向跑。还有研究使用 LED 作为“人造太阳”,也得出了相似的结论。

在最新研究中,作者们补充:如果用纸板做一顶宽边太阳帽,戴在蜣螂头上遮挡光线,它们的路线就会变得弯弯曲曲。

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如果在中午,太阳处于高点,蜣螂要怎么判断方位呢?2019 年的一项研究发现,南非的一种蜣螂(Scarabaeus lamarcki)可以根据风向判断方位。这种蜣螂生活在卡拉哈里沙漠,这里每到正午就会刮起强风,这是因为上午太阳将地面烤热后热空气上升导致的。Dacke 推测它们可能利用触角感知风向。

实验表明,如果将两台桌面风扇面对面放置,开启其中一台,实验场地上的蜣螂就会选定一个方向滚粪球。而如果中途关掉这台风扇,开启对面的风扇,蜣螂就会掉头朝反方向走去。换言之,它们并不在意风具体朝哪个方向吹,而是只将风向作为判断方向的参考,并且假定风向短时间内不会发生改变。而且一旦过了正午,太阳不再处在正上方,它们就会无视风向,重新将太阳作为主要的参考线索。

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除了借助阳光和风向判断方位,蜣螂还掌握着更酷炫的技能:夜观天象。研究共同作者、南非金山大学的 Marcus Byrne 回忆了研究灵感诞生的过程:“我们完成了一天的工作,坐下来喝啤酒,夜色笼罩着卡拉哈里沙漠,头顶就是银河。然后我们中的一个人说,如果我们能看到银河,它们一定也能。”

研究团队在南非约翰内斯堡的天文馆,利用模拟星空观察蜣螂的行为,证实银河的方向能够影响蜣螂的行走路径。这项研究让蜣螂“一战成名”,成为已知第一种会利用银河导航的动物,也让 Dacke 获得了 2013 年搞笑诺贝尔奖。

蜣螂还是第一个被发现使用月亮偏振光导航的动物。在遇到大气层中的微粒时,太阳光或月光会发生散射,产生偏振光,也就是光的波动方向一致,这会在天空中形成一种固定的、类似指南针的纹样。此前科学家已知蜜蜂、蚂蚁等昆虫会利用太阳偏振光导航,而月光偏振光的亮度只有太阳光的百万分之一。

Dacke 等人注意到,一种夜行性的蜣螂(Scarabaeus zambesianus)只有在有月亮的晚上才能走直线。为了确认蜣螂确实使用月亮偏振光进行导航,他们使用一块板子遮挡,让蜣螂无法直接看到月亮,并使用偏光镜将月光扭转 90 度。蜣螂一个急转弯,验证了研究者的猜想。

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其他研究还表明,蜣螂不会依靠地面上其他物体判断方位。研究共同作者、瑞典斯德哥尔摩大学的 Emily Baird 说,这可能是因为蜣螂没有固定的巢穴,而是不断从一个粪堆流浪到另一个粪堆,记住地面环境对它们来说没什么帮助。

研究者们希望最终能够理解蜣螂导航的神经机制。他们正在把蜣螂和借助地面环境线索导航的金龟子进行对比,并试图理解蜣螂导航过程中的神经电活动,这需要为它们佩戴一个迷你“脑电帽”。他们还发现,在搓好粪球之后蜣螂不会马上出发,而是会爬上粪球停留数秒种,四处张望。他们推测这个行为可能是为了快速掌握环境线索。

借助昆虫的导航机制,科学家或许能设计出更加高效的导航工具,应用于无人驾驶等方面。将来你如果能坐上这样的汽车,不要忘了大草原上奔跑的屎壳郎。

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编译:戚译引

参考文献:

[1]Dacke, M., Baird, E., el Jundi, B., Warrant, E. and Byrne, M., 2020. How Dung Beetles Steer Straight. Annual Review of Entomology, 66(1).

[2]https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev-ento-042020-102149

[3]https://knowablemagazine.org/article/living-world/2020/dung-beetles-gutter-gazing-stars

[4]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982218305244

[5]http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2013/10/278627.shtm?id=278627

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