Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru , Otwarty dostęp

5 listopada 2019

NR 36 (Listopad 2019)

Mistrzowie nawigacji

91

Migracja ułatwia zwierzętom dotarcie do zasobów niezbędnych do przeżycia, uniknięcie niekorzystnych temperatur lub znalezienie partnera. Aby podjąć wędrówkę, osobnik musi mieć niezbędne wyposażenie i umiejętności, takie jak zdolność do określania kierunku i orientowania się w przestrzeni, wewnętrzy program sterujący czasem migracji oraz wykształcenie pewnych fizjologicznych adaptacji koniecznych do przeżycia podróży, jak wzmożone łaknienie lub pierzenie się przed rozpoczęciem migracji (Hansson & Akesson 2014). 

Umiejętność nawigacji na przestrzeni setek lub tysięcy kilometrów w czasie godzin, dni, tygodni lub nawet kilku pokoleń jest jednym z takich wyzwań, przed którymi stają zwierzęta migrujące. Korzystają one z licznych wskazówek, aby podążać we właściwym kierunku (Gould & Gould 2012). Wiele z nich wykorzystuje położenie ciał niebieskich, przede wszystkim Słońca. Ptaki, nietoperze, salamandry oraz łososie kierują się polem magnetycznym Ziemi, podobnie jak człowiek korzystający z kompasu. Inne biorą pod uwagę cechy krajobrazu, takie jak pasma górskie, zbiorniki wodne czy wydeptane ścieżki. Pszczoły, salamandry (Ambystoma tigrinum), żaby (Rana catesbeiana) oraz ptaki wykorzystują spolaryzowane światło słoneczne (Dingle 2014). Z kolei pingwiny posługują się między innymi infradźwiękami do orientowania się w przestrzeni (Hagstrum 2000). 

Niektóre zwierzęta, np. mrówki, wykorzystują różne strategie, włączając w to wskazówki wizualne, zapachowe oraz idiotetyczne. Mrówki (Myrmecia pyriformis) są szczególnie wrażliwe na zmiany w krajobrazie, na przykład usunięcie grupy drzew skutkujące niewielkimi zmianami w krajobrazie spowodowało zaburzenia w efektywnej nawigacji u mrówek zbieraczy; poruszały się one wolniej i ruch był mniej ukierunkowany. Tym niemniej są również bardziej pojętne mrówki (M. bagoti), które szybko uczą się nowej panoramy i doskonale orientują się zarówno w starej, jak i zmienionej ­przestrzeni. Mrówki zbieracze z rodzaju Cataglyphis uczą się drogi, korzystając z wizualnych, zapachowych, magnetycznych oraz wibracyjnych wskazówek. Z kolei mrówka Myrmecia midas kieruje się punktami orientacyjnymi w krajobrazie i nadziemnymi wskazówkami takimi jak światło spolaryzowane (Freas & Schultheiss 2018). Kiedy mrówka porusza się tyłem, np. dźwigając ładunek, nie gubi kierunku, ponieważ odstawia ładunek i wykonuje krótkie wyprawy sprawdzające, aktualizując swoje położenie na bazie wszystkich dostępnych informacji, np. cech krajobrazu oraz światła spolaryzowanego (Freas & Schultheiss 2018). 

Północnoamerykański motyl monarcha (Danaus plexippus) widoczny na fot. 1, żyjący w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych, podejmuje jesienią jedną z najbardziej zdumiewających wędrówek na południe do gór Michoacán w centralnym Meksyku. Motyl ten, lecąc w ciągu dnia, wykorzystuje kąt nachylenia Słońca w stosunku do horyzontu oraz pole magnetyczne Ziemi (Guerra i in. 2014). W jego czułkach zlokalizowane są wrażliwe na światło magnetosensory. Użycie pola magnetycznego Ziemi jest zależne od światła ultrafioletowego A/niebieskiego o długościach fali od 380 do 420 nm, które to światło penetruje bez przeszkód nawet grubą warstwę chmur i jest doskonale widoczne dla motyli. 

Wiadomo również, że zdolność do orientacji i podejmowania wędrówki w określonym czasie nie jest wyuczona, lecz determinowana genetycznie, ponieważ u tego motyla są co najmniej dwa pokolenia niemigrujące pomiędzy pokoleniami migrującymi. Monarcha ma wewnętrzny zegar biologiczny (ang. circadian clock) będący biologicznym oscylatorem kontrolującym czas ­pojawienia się ­pewnych zachowań i ­­procesów ­fizjologicznych ­związanych z migracją. Zegar ten zlokalizowany jest w kilku komórkach grzbietowo-bocznej części mózgu oraz w czułkach owada (Merlin i in. 2009). Mechanizm ten oparty jest na transkrypcyjnej pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego z dwoma czynnikami transkrypcyjnymi CLOCK oraz CYCLE, które odpowiedzialne są za ekspresję genów period (per), timeless (tim) and cryptochrome2 (cry2). Oczywiście zegar ten, obecny również u innych zwierząt, zsynchronizowany jest z pewnymi cechami środowiska, takimi jak długość dnia. 
 

Fot. 1. Ogromne grupy motyli liczące miliony sztuk (Danaus plexippus) w miejscach zimowania, centralny Meksyk

 

Motyle te mają dość skomplikowany cykl życiowy obejmujący osobniki pojawiające się wiosną, zdolne do reprodukcji, oraz motyle jesienne, nieróżniące się zresztą morfologicznie od wiosennych, które są w tak zwanej reprodukcyjnej diapauzie. Motyle jesienne nie mają hormonu juwenilnego, acyklicznego seskwiterpenu (ang. acyclic sesquiterpenoid), którego brak powoduje diapauzę reprodukcyjną i przedłużony cykl życiowy pozwalający na podjęcie długodystansowej migracji (Herman & Tatar 2001). Analiza sekwencji cDNA i mikroRNA pokazała różnice pomiędzy letnimi i jesiennymi motylami na poziomie molekularnym (Zhan i in. 2011) – wyodrębniono ok. 40 genów odpowiedzialnych za biologiczny zegar monarchów oraz ich zdolności lokomotoryczne. U zwierząt migrujących kolektywnie istotne są, poza wskazówkami wykorzystywanymi przez osobnika, interakcje pomiędzy osobnikami. Jest szereg mechanizmów warunkujących taką nawigację, należą tu: 

  1. wielu mylących się; ang. many wrongs, 
  2. przywództwo; ang. leadership, 
  3. nagłe wykrywanie; ang. emergent sensing, 
  4. uczenie się społecznościowe; ang. social learning
  5. kolektywne uczenie się; ang. collective learning (Berdahl i in. 2018). 

Mechanizm wielu mylących się postulowany jest m.in. dla skowronków, łososi lub bocianów białych. W grupie migrujących zwierząt jest wiele osobników, które różnią się w ocenie optymalnej drogi, jednak wypadkowa ich doświadczeń pozwala na obranie właściwego kierunku przez grupę. Z kolei mechanizm przywództwa obserwowany jest m.in. u delfinów butlonosów, orek, wilków oraz słoni afrykańskich, u których pozostające w mniejszości bardziej doświadczone osobniki wiodą naiwne młode do wody i żywności. 

Fot. 2. Antylopy gnu na sawannie, Tanzania


U antylop gnu postuluje się występowanie mechanizmu nagłego wykrywania (fot. 2). Zgodnie z nim grupa może kolektywnie migrować w prawidłowym kierunku, chociaż poszczególne osobniki nie mają żadnych zdolności do oceny jego prawidłowości. Mechanizm uczenia się społecznościowego może rozwinąć się w grupach prowadzonych przez doświadczone osobniki (mechanizm przywództwa). U pszczoły miodnej (Apis mellifera) jest ok. 5% osobników doświadczonych, które wiodą cały rój do nowego miejsca gniazdowania. Informacja o nowym miejscu jest rozprzestrzeniana w kolonii głównie poprzez taniec (ang. waggle dances). W tym przypadku kierunek migracji nie jest genetycznie kodowany; uczenie się społecznościowe jest podstawowym mechanizmem, dzięki któremu informacje o kierunku, skrótach czy obejściach ­przekazywane są z pokolenia na pokolenie. Uczenie się społecznościowe występuje również u bernikli kanadyjskiej (Branta canadensis). Z kolei u śledzi atlantyckich obserwuje się kolektywne uczenie się (fot. 3). Różni się ono tym od uczenia społecznościowego, że innowacje, jeśli chodzi o pokonywaną drogę, są generowane na skutek interakcji pomiędzy wieloma osobnikami w grupie. Również ten mechanizm rozwija się w grupach zwierząt, gdzie wykształcił się mechanizm przywództwa. Oba typy uczenia się (kolektywne i społecznościowe) mogą z czasem prowadzić do wybierania coraz to lepszej drogi migracji lub do podążania trasą suboptymalną. W dłuższej perspektywie czasowej kolektywna nawigacja prowadzi do pojawienia się kultury migracji, czyli przekazywania wiedzy o drogach migracji zdobytej poprzez uczenie się z pokolenia na pokolenie. 

Zwierzęta rozmaicie komunikują się, by ustalić swoje położenie względem innych obiektów lub wykryć inne osobniki. Na ­przykład śpiewy humbaków poza ich funkcją w reprodukcji prawdopodobnie przyczyniają się do powstania echa informującego te ssaki o ich położeniu względem gór l...

Artykuł jest dostępny dla zalogowanych użytkowników w ramach Otwartego Dostępu.

Załóż konto lub zaloguj się.
Czeka na Ciebie pakiet inspirujących materiałów pokazowych.
Załóż konto Zaloguj się

Przypisy