Gli scarabei stercorari usano il cielo per navigare, ma fino a che punto?

Un paio di scarabei stercorari. Foto: Kave Gregory / Flickr

Gli archeologi hanno spesso trovato un cuore scolpito negli involucri delle mummie egizie Amuleti di scarabei, Che è un tipo di scarabeo stercorario. Amuleti, con molti Incantesimi scritti su di esso, Era destinato ad aiutare i morti in un giudizio finale prima Il dio della morte Anubi con la testa di uno sciacallo, Chi pesa i cuori dei defunti per valutare se sono degni dell’aldilà.

Gli antichi egizi credevano anche che lo scarabeo stercorario guidasse il movimento del sole, perché il sacro scarabeo (Santo scarabeo) – che scolpisce lo sterco in palline per i pasti, regali per potenziali amici o magazzini per le uova – le palline vengono rotolate sulla terra in un modo che riflette il viaggio del sole attraverso il cielo.

In effetti, è il Sole che dirige il movimento degli scarabei stercorari. Così come la luce proveniente dalla luna e dalle lontane stelle della Via Lattea. Con una vita dedicata alle feci ma guidata dal cielo, gli scarabei stercorari possono incarnare la famosa frase di Oscar Wilde: “Siamo tutti in fondo, ma alcuni di noi guardano le stelle”.

“Le piccole menti possono risolvere compiti meravigliosi”, dice Marie Duckey, neurobiologa dell’Università di Lund in Svezia, e fa parte di un piccolo gruppo di ricercatori che ha lavorato per anni, spesso come squadra, per mettere insieme i trucchi che gli insetti usano per rotolare le palle in linee spaventosamente diritte..

La migliore via di fuga

Quasi 600 di Più di 8.000 specie conosciute di scarabeo stercorario Rotolano queste palline lontano da mucchi di escrementi di animali con palline di escrementi per circa sei minuti prima di seppellire le palline con se stessi in modo che possano mangiare in sicurezza sottoterra. (Molte specie non fanno rotolare le palline, ma piuttosto immagazzinano lo sterco in lunghi tunnel scavati direttamente sotto lo sterco.)

Per evitare che il loro carico venga derubato dai concorrenti, i rulli a sfera si sono evoluti per sfuggire a mucchi di sterco nel modo più veloce ed efficace possibile – una linea retta, come descrivono gli scienziati in un articolo in Revisione annuale di entomologia.

“In Sud Africa, lo sterco di elefante vive con gli scarabei stercorari: puoi trovare centinaia o addirittura migliaia di scarabei stercorari in un mucchio di letame e si arrabbieranno a vicenda per aver rubato una palla”, afferma Eric Warrant, neurologo dell’Università di Lund. “L’ultimo posto in cui vogliono finire è tornare nel mucchio di letame con gli altri, così rotoleranno in linea retta in qualsiasi direzione, il più velocemente possibile.”

Ma viaggiare in linea retta è molto difficile. un Uno studio del 2009 Ha scoperto che i volontari umani in una foresta tedesca e nel deserto del Sahara vagavano ripetutamente in tondo quando non potevano vedere il sole, ei partecipanti camminavano bendati in piccoli cerchi larghi fino a 20 metri. Senza un punto di riferimento, i percorsi di persone e altri animali possono facilmente virare dritto per me spirale, A causa di fattori come il terreno irregolare.

Sorprendentemente, gli scarabei stercorari rimangono in posizione verticale anche se non possono vedere dove andare mentre rotolano. Spingono le palle con le zampe posteriori e si spostano indietro con la testa appuntita sul pavimento (con una citazione che ricorda come la ballerina Ginger Rogers ha fatto tutto ciò che ha fatto il suo famoso partner Fred Astaire, risparmiando indietro e con i tacchi alti).

Dal V secolo in poi, lo studioso egiziano Horapolo descrisse il movimento dello scarabeo mentre faceva rotolare la sua palla da est a ovest, guardando ad est. Sorprendentemente, ci è voluto fino al 2003 per confermare l’osservazione di Hurapulo. Quando l’entomologo Marcus Byrne dell’Università del Witwatersrand a Johannesburg, insieme a Ducky, Warrant e altri, misero cinque specie di scarabei stercorari in piccoli cantieri su terreni agricoli in Sud Africa, le creature erano tipicamente rotolanti palle di letame verso il sole. Ma quando il team ha riflesso il sole dallo specchio nascondendo il sole reale alla vista, gli insetti hanno invece seguito il riflesso del sole. Ducky dice che reazioni simili si osservano in laboratorio quando un LED viene utilizzato come un sole artificiale.

Vai con il vento

Ma cosa succede a mezzogiorno quando il sole è allo zenit, a metà strada tra l’alba e il tramonto, rendendolo un segnale inaffidabile per distinguere l’est dall’ovest? Uno studio del 2019 ha rivelato che lo scarabeo stercorario si trova in Sud Africa Scarabaeus lamarcki Puoi invece contare sul vento. “Pensiamo che stiano monitorando i venti attraverso le loro antenne”, dice Ducky.

Questa strategia ha senso ai margini del deserto del Kalahari, dove vivono questi insetti. I venti soffiano lì con forza quando il sole è allo zenit, sospinti dal calore che si alza dal suolo dopo la cottura al mattino.

Negli esperimenti, il neuroscienziato Basil El Guindy dell’Università di Würzburg, in Germania, insieme a Ducky, al Bayern e ai loro colleghi, hanno messo l’uno contro l’altro un paio di tifosi da tavolo sul campo. Quando un ventilatore soffiava, gli scarabei stercorari facevano rotolare le palle in direzioni diverse. Ma quando sono passati all’altra elica, ogni insetto l’ha fatta rotolare nella direzione opposta rispetto a prima. In altre parole, la direzione esatta in cui soffia il vento non sembra importante per gli insetti: ciò che conta è che soffiano continuamente, spesso nella stessa direzione, per sei minuti circa, in cui gli insetti rotolano le palle prima di nascondersi in loro. Atterra e aiutali a mantenere un percorso diritto.

E gli scarafaggi ignorano completamente il vento come segnale di navigazione quando il sole non è direttamente nel cielo. “Hanno tutti questi meccanismi di fallback: se un sistema si guasta, possono passare a un altro”, afferma Byrne.

Guidato dal chiaro di luna

Il sole e il vento funzionano bene come segnali per gli scarabei stercorari attivi durante il giorno. Ma alcune delle specie che rotolano sulle palle sono notturne. Per loro, uno studio del 2003 ha rivelato che la luce diretta potrebbe incresparsi dalla luna.

Le onde luminose possono ondeggiare su e giù, sinistra e destra o ovunque nel mezzo. Ma quando la luce del sole o della luna colpisce piccole particelle nell’atmosfera, alcune di esse si polarizzano: le onde si increspano nella stessa direzione. Gli scienziati sanno che api, formiche e molti altri insetti possono orientarsi utilizzando Luce solare polarizzataMa gli scarabei stercorari furono i primi ad essere conosciuti per orientarsi usando la debole luce polarizzata un milione di volte emessa dalla luna.

Duckey, Berne, Warrant e colleghi notano che lo scarabeo stercorario notturno africano Scarabaeus zambesianus Può rotolare in linea retta nelle notti di luna ma non nelle notti senza luna Per vedere se questi insetti dipendono dalla posizione della luna o dalla luce polarizzata che emette, i ricercatori hanno utilizzato un dipinto per nascondere la luna alla vista, anche se la sua luce non era È ancora visibile nel cielo notturno. Hanno quindi posizionato un filtro polarizzato sugli insetti per ruotare i raggi del chiaro di luna di 90 gradi. Ciò ha fatto girare improvvisamente i coleotteri, indicando che la luce polarizzata è il segnale dello sterzo.

La Via Lattea mostra la via

Ma la luna non si spegne ogni notte. Qual è il prossimo? Un altro possibile indizio è venuto a Byrne e ai colleghi una notte del 2007.

“Dopo una splendida giornata di lavoro, è calata la luna e noi siamo seduti a bere una birra sotto il bellissimo cielo del Kalahari, e c’è la Via Lattea”, ricorda Bern. “E uno di noi ha detto che se avessimo potuto vederlo, dovrebbero essere in grado di vederlo”.

E lo fanno. Sebbene gli occhi degli insetti siano troppo piccoli e troppo deboli per navigare singole stelle, uno studio del 2013 ha rivelato che sembrano vedere una gamma di luce più ampia e luminosa che la Via Lattea traccia nel cielo notturno. Negli esperimenti con lo scarabeo stercorario Scarabaeus satyrus Durante la simulazione del cielo notturno al Planetario di Johannesburg, Ducky, Berna, Warrant e colleghi hanno scoperto che il percorso della Via Lattea potrebbe dirigere il percorso degli insetti, rendendo gli scarabei stercorari i primi animali conosciuti in grado di orientarsi utilizzando questo segnale.

Tuttavia, questo si è presentato sconcertante, poiché i ricercatori hanno notato in precedenza che gli insetti serpeggiano nelle notti senza luna. Ma quando scienziati ansiosi hanno esaminato le loro osservazioni, hanno scoperto che queste precedenti esperienze si sono verificate in mesi in cui la Via Lattea era così bassa nel cielo notturno che i coleotteri non potevano vederle.

Solo nel cielo

Una serie di segnali su cui gli scarabei stercorari non fanno affidamento per la navigazione Punti di riferimento o qualsiasi altra cosa sulla Terra. “Abbiamo creato cantieri con muri alti e un buco di 30 centimetri, e abbiamo pensato, ‘Bene, ragazzi, per risolvere questo problema, c’è solo un modo per allontanarsi dallo sterco’ – e lo hanno completamente ignorato”, dice.

In un altro studio, gli scienziati hanno riempito metà della piazza con scarabei stercorari attaccati al terreno. Si potrebbe immaginare che i coleotteri che rotolano le loro palle di letame si allontanerebbero dai loro fratelli legati – “ma no, hanno semplicemente rotolato sui coleotteri legati”, dice Duckey.

Gli scienziati stanno ancora conducendo altri esperimenti in cui gli scarabei stercorari indosserebbero cappelli di cartone con larghe falde in modo da non poter vedere il cielo. Gli scarti hanno fatto girare in tondo i coleotteri, “totalmente persi”, dice Ducky, il che conferma la loro dipendenza dai segnali celesti. Dal momento che non hanno nidi permanenti, invece di passare regolarmente da letame effimero a un altro, la conservazione del paesaggio potrebbe non essere utile quando passano la vita a girovagare, afferma Emily Bird, neurologa dell’Università di Stoccolma.

Little Brains Wonder

Sebbene si sia appreso molto sui trucchi e le caratteristiche dello scarabeo stercorario, c’è ancora molto da capire. “Non mi ha mai sorpreso la complessità degli insetti”, afferma Bird. “Guardiamo questi animaletti con cervelli delle dimensioni di semi di papavero che usano il sole e il vento per dirigerli … Abbiamo questi enormi cervelli, e ancora non capiamo come funzionano questi piccoli cervelli.”

Per quanto ne sanno gli scienziati, gli scarabei stercorari sono gli unici animali che usano segnali visivi per la direzione ma ignorano i punti di riferimento, dice Beard. Lei e Duckey confrontano i cervelli degli scarabei stercorari con i cervelli degli scarabei che utilizzano i punti di riferimento per la navigazione per saperne di più su come si sono evoluti questi comportamenti complessi.

Per illuminare i circuiti neurali che gli scarabei stercorari usano per guidare, Dacke, El Jundi e il ricercatore post-dottorato Cody Manchester mirano a registrare i segnali dei neuroni mentre le creature vagano per la savana africana, usando minuscoli zaini elettronici attaccati al cervello dei coleotteri. “Questi coleotteri sono molto, molto forti e sono tra gli animali più forti per le loro dimensioni corporee, quindi sono molto utili per attaccare loro cose”, dice Ducky.

Gli scienziati vogliono anche saperne di più sulla strana danza che fanno gli scarabei stercorari dopo aver rotolato le loro palle di letame: arrampicati sulla palla e per alcuni secondi passa sopra di essa prima di scendere e lanciare la palla. Questa danza può aiutare l’insetto a scattare una rapida istantanea del cielo all’inizio del suo viaggio, per abbinare la sua visione del cielo mentre si muove, al fine di mantenere un percorso diritto. “È una strategia molto precisa”, dice il soldato.

Gli scienziati ipotizzano che la comprensione di come questi insetti siano in grado di risolvere complesse attività di navigazione possa aiutare i computer a utilizzare il minor numero possibile di operazioni aritmetiche per eseguire exploit simili. Byrne nota che è stato presentato un premio in denaro di $ 1 milione DARPA Grand Challenge, Che aveva veicoli a guida autonoma che guidavano un percorso nel deserto di oltre 200 km, zeppo di telecamere, sensori di prossimità e GPS.

“Più impariamo sugli scarabei stercorari, più riusciamo a far sì che piccoli robot si comportino in modo simile in paesaggi completamente sconosciuti”, afferma.