Zwierzęcy GPS

Tomasz Rożek

GN 06/2013 |

publikacja 07.02.2013 00:15

One są dużo sprytniejsze, niż myślimy. Zwierzęta do nawigowania używają pola magnetycznego, gwiazd, dźwięków, a nawet... tańca.

Zwierzęcy GPS east news/BIOS Hubert Yan Humbaki porozumiewają się na odległość setek kilometrów

Gdyby się głębiej zastanowić, nawigacja zwierząt może zadziwiać. Ptaki latają na ogromne odległości i jakoś nie błądzą. Potrafią dolecieć do miejsca zimowania i po kilku miesiącach wrócić tam, gdzie zostawiły gniazda. Tysiące kilometrów pokonują tymi samymi trasami, choć wcale nie najkrótszą drogą. A ryby? Niektóre gatunki wykluwają się setki kilometrów od miejsc, w których żerują. A jednak bezbłędnie trafiają tam, gdzie nigdzie wcześniej nie były. Owady to już zupełna abstrakcja. To może zacznijmy od nich.

Żuk astronom

W jednym z najnowszych numerów „Current Biology” grupa badaczy z Wits University w Johannesburgu (RPA) opublikowała badania dotyczące niepozornego żuczka.

Gnojarz nie jest mistrzem intelektu, ma słaby wzrok i maleńki mózg. A jednak tocząc przed sobą kulkę nawozu, zawsze trafia do swojego gniazda. Nigdy nie zdarza mu się także zataczać kręgów. To tym bardziej ciekawe, że gnojarze często pracują nocą. Jak to się dzieje, że nie błądzą? Okazuje się, że obserwują gwiazdy. Nie którąś konkretną, tylko całe nocne niebo. Nawigują według położenia Drogi Mlecznej. Mają za słaby wzrok, by rozróżnić poszczególne punkty na nocnym niebie, ale wystarczająco dobry, by rozróżnić jasne i ciemne jego fragmenty. Skąd wiadomo, że żuczek, który ma mniej niż centymetr długości, jest takim znawcą nieba? Naukowcy przeprowadzili eksperymenty w uczelnianym planetarium.

Na jego sklepieniu wyświetlili obraz Drogi Mlecznej i manipulując jej pozycją, obserwowali reakcję żuków. Zauważyli, że co jakiś czas żuki, tocząc przed sobą kulę nawozu, zatrzymywały się i wchodziły na jej szczyt. Takie zachowanie zaobserwowano już wcześniej. Teraz natomiast odkryto, że ma ono związek z orientowaniem się w przestrzeni. Gnojarze poszukują najsilniejszych źródeł światła na niebie, a to jest łatwiejsze, gdy jest się wyżej. Zupełnie inaczej nawigują pszczoły. Żerują w ciągu dnia, więc wiedza astronomiczna jest dla nich nieprzydatna. W drodze ewolucji opracowały jednak niesamowity wręcz zestaw ruchów, dzięki którym precyzyjnie przekazują innym pszczołom informacje nie tylko o tym, gdzie jest łąka pełna kwiatów (i jak do niej dolecieć), ale także, jakich miejsc należy unikać ze względów bezpieczeństwa.

Pszczoła tancerka

Pszczoła tak dobiera kąt niektórych swoich ruchów względem kąta padania promieni słonecznych, że wprost dyktuje współrzędne. Obserwujące jej taniec, inne pszczoły bezbłędnie trafiają do celu, nawet jeżeli odległość, którą muszą przebyć, wynosi wiele setek metrów. Kierunek lotu w pszczelim tańcu wskazują kąty, odległość zakodowana jest w szybkości wykonywania poszczególnych ruchów. Im wolniej pszczoła wykonuje swój taniec, tym dalej jest cel, który opisuje. Ewentualne informacje dodatkowe pszczoła w czasie tańca wyraża ruchami odwłoka i główki. Jakie to mogą być informacje? Na przykład dotyczące niebezpieczeństw na trasie lotu. Z lotem do konkretnego celu zupełnie inaczej radzą sobie ptaki.

Te pokonujące największe odległości do nawigacji wykorzystują pole magnetyczne Ziemi. Źródłem pola jest wirujące, metaliczne jądro planety. Można je porównać do ogromnego dynama, które wytwarza prąd, „produkujący” z kolei pole magnetyczne. Bez tego pola życie na Ziemi być może w ogóle by nie powstało. Nie miałoby szans w starciu z promieniowaniem kosmicznym. Pole magnetyczne jest czymś w rodzaju tarczy czy kopuły, która chroni nas przed cząstkami z kosmosu. Linie pola magnetycznego biegną od jednego bieguna magnetycznego Ziemi do drugiego. Igła kompasu ustawia się zawsze wzdłuż jednej z takich linii i dlatego z jej pomocą tak łatwo jest wyznaczać kierunki stron świata. Ptaki nauczyły się wykorzystywać pole magnetyczne miliony lat przed tym, zanim człowiek stworzył pierwszy kompas. Wydaje się, że niektóre gatunki ptaków „widzą”, wyczuwają pole magnetyczne. Jak to działa? Ptaki mają w dziobie, a niektóre w uchu wewnętrznym grupę komórek, która jest wrażliwa na kierunek pola magnetycznego. Komórek, które wiedzą, w którym kierunku jest biegun magnetyczny, nawet gdy ptak znajduje się w okolicach równika. W niektórych artykułach można znaleźć informację o tym, że we wnętrzu tych komórek znajdują się maleńkie „opiłki” metalu, które tak jak maleńka igła magnetyczna ustawiają się wzdłuż linii pola. Dzięki temu ptak nie zabłądzi.

Ptak jak kompas

W jednym z eksperymentów uczeni z Baylor College of Medicine w Houston (USA) unieruchomili grupę gołębi i w ich otoczeniu zmieniali pole magnetyczne. Dlaczego akurat gołębi? Bo to ptaki, które są jednymi z najlepiej orientujących się w przestrzeni zwierząt. Potrafią bezbłędnie trafiać do celu z odległości setek kilometrów. Uczeni przez cały okres trwania eksperymentu rejestrowali zmiany aktywności neuronów w ptasim mózgu. Okazało się, że mózg gołębia reaguje na zmiany pola. Mózg człowieka w ogóle ich nie dostrzega. Co więcej, ptasi mózg jest szczególnie wrażliwy na natężenie pola ziemskiego. Innymi słowy, pole magnetyczne pochodzące chociażby od linii wysokiego napięcia, od stacji transformatorowych czy innych urządzeń elektrycznych, przynajmniej dla gołębi nie jest przeszkodą w nawigacji. Przy okazji przeprowadzania tego eksperymentu naukowcy zauważyli coś jeszcze.

Istna rewelacja! Gołębie odczuwają pole magnetyczne w trzech wymiarach. Nie tylko północ–południe, ale także góra–dół. Innymi słowy, w głowie mają coś bardziej skomplikowanego niż zwykły kompas, który działa w dwóch wymiarach. Dokładne analizy pokazały, że w gołębim mózgu tylko 53 komórki są odpowiedzialne za „czucie” pola magnetycznego. To bardzo mało. Nie wiadomo, czy u innych ptaków jest podobnie, bo tego typu badań na innych gatunkach dotychczas nie przeprowadzano. Niemal zupełnie nierozpoznany jest sposób, w jaki nawigują ryby. Wiadomo, że największe ssaki morskie emitują fale dźwiękowe o bardzo niskiej częstotliwości. Tzw. infradźwięki są dla ludzi niesłyszalne. Długie fale bardzo trudno zaburzyć, stąd np. humbaki (długopłetwce) mogą porozumiewać się na odległość setek kilometrów. Mimo że nie mają strun głosowych, potrafią godzinami „śpiewać”, wykorzystując dźwięki nie tylko do porozumiewania się, ale także do ogłuszania ławic ryb i do echolokacji. Co ciekawe, humbaki potrafią emitować dźwięki... nie wydmuchując powietrza. Jak? Najpewniej tworzą zamknięty obieg powietrza wewnątrz czaszki. Jego pęd wprawia w drgania przednią część ciała zwierzęcia, a ta opływającą ją wodę.

Ryba ma głos

Czyżby nie tylko morskie ssaki, ale także ryby wykorzystywały dźwięk do orientacji w przestrzeni? Bardzo dużo na to wskazuje. Okazuje się, że są takie miejsca w oceanie, które – jeżeli chodzi o hałas – przypominają centra ruchliwych miast. Hałasują oczywiście nie tylko ryby, ale także krewetki, jeżowce i kraby. Do wydawania dźwięków rybom może służyć np. pęcherz pławny albo specjalne, szybko drgające mięśnie. Narządem rybiego słuchu jest tzw. linia boczna, czyli kanalik, który ciągnie się od głowy ryby do jej ogona. Fala dźwiękowa docierająca do ryby oddziałuje na włoski czuciowe, znajdujące się w tym kanaliku. Włoski wzbudzają impulsy nerwowe, a te dochodząc do rybiego mózgu, powodują, że ryba słyszy. Ryby, wodne ssaki czy bezkręgowce emitują dźwięki charakterystyczne dla danego środowiska. I to ten podwodny hałas jest drogowskazem. Ryby w pierwszej fazie swojego życia, wchodząc jeszcze w skład planktonu, kierują się słuchem, by znaleźć się... u siebie, czyli w optymalnym dla siebie środowisku.

Gdy dźwięki dochodzące np. z rafy będą zniekształcone, ryby wędrujące mogą się zgubić. W ten sposób w błąd mogą być wprowadzane całe ławice. W rzeczywistości sztuczne źródła podwodnego dźwięku mogą dezorientować morskie życie. Hałas powodowany przez motorówki, statki, farmy wiatrowe, sonary, podwodny przemysł wydobywczy czy przez uprawiających sporty wodne turystów zakłóca świat podwodnych dźwięków. Zniekształcenia dźwiękowe mogą być także wynikiem wymierania gatunków, które rafy zamieszkują. Badacze z Technical University of Catalonia udowodnili, że dźwięki o niskiej częstotliwości zaburzają działanie narządu równowagi i orientacji w przestrzeni (tzw. statocystę) u głowonogów (kałamarnic, ośmiornic, mątw). A może by tak wprowadzić zakaz hałasowania w wodzie? W końcu o tym, że w lesie nie wolno krzyczeć, uczą się już dzieci w przedszkolu.