Коник з картою неба

Поляризація сонячного світла служить орієнтиром і обробляється в спеціалізованих регіонах мозку

Голова коника зверху. Поляризуючі дорзальні крайові області очей (вони вказують на «лоб») виглядають темно-чорними. © Уве Хомберг
читати вголос

Коні не можуть довільно відводити вітер під час своїх тисяч кілометрів походів, але, мабуть, орієнтовані на сонце та поляризоване світло неба. Зараз невролог з Марбурга зміг показати, як мозок пустелі сарани обробляє цю інформацію та повідомляє про неї у журналі Science. Це вперше доводить, що виявлення та нейронні обчислення поляризованого світла фактично впливають на поведінку тварин.

Завдяки розпізнаванню шарів поляризації коники, а також інші комахи, такі як бджоли чи мурахи, мають надзвичайний сенсорний прилад. За допомогою "дорсальної прикордонної області" ока - частини ока, обладнаної спеціальними фоторецепторами і зверненої до неба, вони можуть "читати" на блакитному небі, в якому напрямку знаходиться сонце, навіть якщо воно приховане за хмарами.

Орієнтація поляризацією

Те, що вони бачать, можна пояснити так: Світло складається з електромагнітних хвиль, які коливаються перпендикулярно напрямку їх поширення. Однак незліченна кількість незмінних вібраційних напрямків: якщо можна уявити, що промінь світла потрапляє в око, хвилі можуть коливатися зверху вниз, зліва направо або в будь-якій іншій орієнтації - але завжди перпендикулярно напрямку променя. Однак, коли сонячне світло розсіюється в атмосфері Землі так, що воно приходить до нас як синє світло неба, у кожній точці неба залишається лише один «бажаний напрямок» вібрації.

"Поляризоване світло, характеристики якого служать сарани для орієнтації, обробляється в так званому центральному комплексі мозку коника", - пояснює своє відкриття марбурський невробіолог професор Уве Хомберг, який він також описує в поточному випуску журналу Science. У цій разюче впорядкованій структурі є численні нейрони, які реагують на напрям коливань світлових хвиль. Зокрема, Хомберг оглянув протоцеребральний міст, як і у всіх комах, нейрони виявлені в серії з шістнадцяти стовпчастих відділень, що називаються колонами.

Всебічне «дивитися»

"Однак поки що їхня функція була незрозумілою", - каже Хомберг. "Ми продемонстрували, що кожен стовпчик реагує на різні напрямки поляризації." Кожен стовпчик охоплює кутовий діапазон приблизно 26 градусів, досягнуто загального виявлення 360 градусів. "Активність певного стовпа, - підсумовує Гомберг, - таким чином вказує тварині, як вона орієнтована відносно сонця".

Фактична орієнтація коника тоді ґрунтується на положенні сонця. Навіть якщо вона схована у високій траві і не бачить сонця, сарана тепер може з’ясувати своє положення, достатньо невеликого вирізу з неба, пояснює Хомберг. "Як тільки він виявить площину вібрації світла, він також знає, що сонце перпендикулярне до цього напрямку".

Потужний мозок комах

Розріз через центральний комплекс головного мозку коника, який складається з центрального тіла (внизу) та протоцеребрального мосту (вгорі). Почутливі до поляризації нервові клітини в протоцеребральному мосту з'єднані з центральним тілом пересічними волокнами Уве Хомберг

«Дуже вражаюче» - це те, що роблять сарани, - каже Хомберг. Факт, що мозок комахи насправді має картографічне зображення електричних векторів поля на небі та відповідні механізми обліку, на сьогоднішній день невідомий. Насправді k Припустимо тепер, що комахи обчислюють «карту неба», в якій напрямки поляризації на небі відповідають точно визначеній нейрональній структурі мозку, а саме стовпчику в центральному комплексі.

"Однак все ще незрозуміло, - каже нейробіологія, - як відбувається компенсація часу доби". Тому що положення сонця змінюється протягом дня, так що положення тільки сонця не змінюється Надає життєву інформацію про конкретний компас. Отже, ми зараз проводимо подальші експерименти, а також досліджуємо ті нейрони, які простягаються від протоцеребрального мосту до черевної ями комах - аналога до спинного мозку людини. Черевний мозок n Зазвичай м'язи крила у тварин спрямовуються, тому не пізніше тут має бути присутня повна інформація про напрямки, включаючи компенсацію часу доби.

Моделювали різні захід сонця у вітроенергетиці

Окрім того, щоб дізнатись, як мізки коника обробляють поляризоване світло, вперше Хомберг зміг довести відповідну «відповідність поведінці», тим самим довівши, що результати цієї обробки фактично використовуються кониками. "Ми зафіксували тварин у вітряному тунелі, щоб вони могли рухати крилами, залишаючись на тому самому місці", - пояснює Хомберг. "Використовуючи поляризуючу плівку, яку ми розповсюджували над апаратом, ми піддавали тварин різному поляризованому світлу - таким чином ми імітували різні рівні сонячного світла". Насправді коники виявили: . Лічильник крутного моменту, прикріплений до тварин, показав, що вони хочуть змінити напрямок польоту залежно від поляризації падаючого світла.

Досі експерименти Хомберга в значній мірі проводилися в лабораторії, оскільки відповідні експерименти в природі пов'язані зі значними труднощами. "Однак деякі проблеми ми вже вирішили", - каже невробіолог, який зараз працює в початкових польових експериментах, щоб довести, що ділянки блакитного неба насправді достатньо, щоб показати тваринам шлях.

(idw - Університет Філіпса, Марбург, 16.02.2007 - AHE)