Креветки-богомолы прославились своими мощными ударными конечностями, невероятно необычными глазами и ярким экзоскелетом. И, оказывается, они также очень хорошо находят дорогу домой. Проведя серию кропотливых экспериментов с этими существами, которые часто отказываются сотрудничать, Рикеш Патель получил новые данные о навигации креветок-богомолов, опубликованные на этой неделе в журнале Current Biology.
Патель, доктор философии. Кандидат биологических наук Университета Британской Колумбии обнаружил, что исследованные им виды креветок-богомолов полагаются на солнце, узоры в поляризованном свете и внутренние сигналы - именно в таком порядке - чтобы вернуться прямо к своим невзрачным норкам. Эти прямолинейные возвращения часто следуют за извилистыми и зигзагообразными набегами, когда креветка ищет еду или себе пару. Способность быстро вернуться домой оказывается полезной при поиске убежища в присутствии хищников или предполагаемых хищников, как отметил Патель в своей первой исследовательской полевой экспедиции.
После первого года обучения в UMBC Патель вместе с лабораторией Тома Кронина отправился на остров Ящеров на Большом Барьерном рифе, чтобы собрать креветок-богомолов для изучения. «Как только они заметят вас, они развернутся и умчатся прямо к какому-нибудь укрытию», - говорит Патель. Как настоящий ученый: «Это заставило меня задуматься, как они находят дорогу домой».
Ключевая отправная точка
Ученые много писали о навигации у других видов, в первую очередь у пчел, муравьев и мышей, но работа Пателя - первая работа по навигации у креветок-богомолов.
Во-первых, Пателю нужно было найти поведение, с которым он мог бы работать, чтобы проверить идеи о том, как ориентируются креветки-богомолы. Поэтому он создал небольшую арену с искусственной норкой для креветок, закопанной в песок. Он поместил креветку на арену, и, к его удовольствию, креветка-богомол была счастлива занять небольшой участок трубы из ПВХ. Затем он положил кусок еды на расстоянии от норы. Он наблюдал, как креветка покидает свою нору, блуждает, пока не находит пищу, а затем возвращается в свою нору по довольно прямой линии.
Из этих первоначальных наблюдений Патель выдвинул гипотезу о том, что креветки-богомолы используют процесс, называемый интеграцией пути, чтобы найти дорогу домой. Другими словами, они каким-то образом могут отслеживать как расстояние, так и направление от своей норы.
«Вероятно, это была самая захватывающая часть экспериментов для меня, потому что я знал, что у меня действительно надежное поведение, с которым я могу работать», - говорит Патель. «Все, что я делал, действительно простиралось от этой начальной точки».
Солнечный сюрприз
После этого первого открытия началась сложная работа, чтобы выяснить, какие сигналы животные использовали, чтобы определить путь домой.
Патель построил восемь гораздо больших арен, каждая диаметром около 1,5 метра, для проведения своих экспериментов. Первый вопрос, который он задал, заключался в том, используют ли креветка внутренние или внешние сигналы, чтобы вернуться домой.
Чтобы проверить это, Патель создал установку, которая поворачивала животное на 180 градусов, когда оно доставало пищу. Если бы креветка использовала внешние сигналы, чтобы запомнить свое расстояние и направление от дома, она все равно двигалась бы в правильном направлении. Если бы он использовал внутренние сигналы, основанные на ориентации его собственного тела, он бы направился в противоположном направлении. В первом раунде испытаний животные постоянно двигались в прямо противоположном направлении.
«Это было действительно круто, но не имело большого смысла, - говорит Патель, - потому что внутренний компас будет намного менее точным, чем то, что привязано к окружающей среде». Затем его осенило: «Просто у нас была очень пасмурная неделя, когда я проводил эти эксперименты, поэтому я ждал, пока у нас не будет ясного дня, а затем каждый раз они возвращались домой."
Собираем пазл
Пател понял, что его эксперимент прекрасно продемонстрировал иерархию сигналов, используемых животными. Сначала они использовали внешние сигналы, но когда они были недоступны, они использовали внутренние сигналы.
Это было началом длинной серии творческих экспериментов, в ходе которых выяснялось, как эти животные ориентируются. Когда Патель использовал зеркало, чтобы обмануть животных, заставив их думать, что солнце идет с противоположной стороны, они пошли не в ту сторону. Это указывало на то, что они используют солнце в качестве основного сигнала. Когда было облачно, но не совсем темно, они использовали поляризационные узоры в свете, которые все еще можно обнаружить в пасмурную погоду. А когда небо полностью закрылось, они вернулись к своей внутренней навигационной системе.
Разнообразный набор навыков
Для Пателя создание экспериментальных арен - по сути, полоса препятствий для креветок - было почти таким же удовольствием, как и получение результатов.«Это то, что мне действительно нравится - строить вещи, создавать вещи», - делится он. Патель изучал искусство и биологию на первом курсе Калифорнийского государственного университета в Лонг-Бич. «Я думаю, что эти навыки помогли мне в разработке моих экспериментов».
Другими навыками, которые требовались Пателю, были терпение и настойчивость. «Животные ведут себя примерно раз в день, поэтому, если вы напугаете животное, вы потеряете этот день», - говорит он.
Например, в одном из экспериментов животных помещали на дорожку, которая тянула их в новое положение, и наблюдали, куда они направляются оттуда. «Если трасса слишком дерганая или идет слишком быстро, они пугаются и просто не реагируют», - говорит Патель. «Поэтому мне пришлось разработать эксперимент так, чтобы он был настолько мягким, что они не осознавали, что их двигают».
Новые вопросы
Все терпение Пателя окупилось новыми открытиями, которые открывают множество будущих вопросов, на которые нужно ответить. В то время как интеграция пути хорошо задокументирована у других видов, креветки-богомолы первыми продемонстрировали эту технику под водой. Глядя на небо через воду, вы смотрите на небо совсем иначе, чем через воздух, поэтому Пателю любопытно, чем процесс у животных отличается от других видов.
Патель также в конечном счете интересуется нейронной основой навигационного поведения, но «прежде чем вы сможете исследовать, что происходит в мозгу, вы должны понять, что делает животное», - говорит он. «Именно поэтому я действительно сосредоточился на работе с поведением, чтобы выяснить, что делает животное и какие стимулы подходят для демонстрации животному того, что мы можем использовать для исследования его неврологии».
До сих пор другая работа продемонстрировала, что область мозга, называемая центральным комплексом, имеет сверхъестественное сходство между насекомыми и креветками-богомолами. Это особенно интересно, учитывая, как далеко друг от друга находятся пчелы и креветки на дереве жизни. Известно, что центральный комплекс способствует навигации у пчел, поэтому Патель заинтригован, чтобы узнать больше о его функции у креветок-богомолов. Элис Чоу, еще одна аспирантка лаборатории Кронина, также исследует структуры мозга креветок-богомолов.