Iránytű az agyban - Az állatok tájékozódása a természetben

Sok állatfaj él olyan élőhelyen, ahol az ökológiai körülmények csak az év egy részében megfelelők számára, emiatt évről évre hosszú vándorút megtételére kényszerül. Legyen bár az úti cél akár több ezer kilométerre egy másik kontinensen, a legtöbb állat mégis visszatalál a következő évben megszokott szaporodóhelyére. Hogyan képesek az állatok tájékozódni útjuk során? Tanulják a navigáció képességét vagy öröklik szüleiktől? Cikkünkben e kérdésekre keressük a választ.

Apró navigátorok

Sok más állatfaj, testméretéből és életmódjából adódóan, sokkal kisebb léptékben kénytelen navigálni, a túlélés érdekében. A szociális, csoportban élő rovarok általában közösen gyűjtik a táplálékot. A hangyabolyban igen összehangolt a munkamegosztás: a legtöbb egyed, őket dolgozóknak hívják, nem is képes szaporodni, az ő feladatuk az élelemszerzés, a boly karbantartása illetve a peték gondozása. A dolgozók nap mint nap elhagyják a hangyabolyt, és a környező területen kutatnak ennivaló után. A keresés során a hangyák igen kacskaringós útvonalat járnak be, amikor azonban találnak valami ehetőt, csalhatatlanul a lehető legrövidebb útvonalon térnek vissza a fészekbe.

Sorozatos kísérletek segítségével bebizonyosodott, hogy a hangyák útjuk során, mozgásuk irányát figyelembe véve, szinte másodpercenként újra és újra meghatározzák a hangyaboly irányát. Ehhez vektoriális összeadást végeznek. A vektorok irányított, meghatározott hosszúságú szakaszok; az élelemgyűjtés útvonala felrajzolható sok, egymást követő vektor sorozataként. A hangya minden forduló előtt "kiszámolja" a fészek és jelenlegi pozíciója közé húzható a vektor irányát, és ha táplálékot talál, ezt az irányt követi egészen a bolyig, tehát egyfajta belső "útvonal integrátorral" rendelkeznek. A hangyák tájékozódását segíti az is, hogy képesek megjegyezni a fészek környezetében lévő tárgyakat, amelyeket felismernek visszatértükkor. A hazatérés irányát jelző vektor mentén képesek az ellenkező irányban újra megtalálni egy gazdag tápláléklelőhelyet, és társaikat is oda tudják vezetni.

Markus Knaden, a Zürichi Egyetem munkatársa a hangyák navigációs képességeit vizsgálva úgy találta, hogy az útvonal integrátor hatékonysága nem romlik az újabb és újabb táplálékgyűjtő utak során. Ez meglepő volt, hiszen a hangyák memóriája igen korlátozott, így feltételezhetően csak kevés vektort képesek egyszerre észben tartani. A kutató azt feltételezte, hogy a hangyáknak időről időre törölniük kell memóriájukból a már szükségtelen vektorokat, hogy visszataláljanak egy gazdag élelemforráshoz vagy újabb útvonalat legyenek képesek elraktározni. Ez a mechanizmus hasonló lehet ahhoz, mint amikor megnyomjuk a számítógépen a reset gombot.

Knaden munkatársaival sivatagi hangyákat vizsgált laboratóriumban. A kísérlet első részében megvárták, míg a hangyák megtalálták az etetőben elhelyezett táplálékot. Ekkor elkapták őket, egy részüket visszahelyezték a fészekbe, a többi hangyát pedig a fészek mellé, az etető irányával átellenes oldalra tették le. A bolyba visszahelyezett egyedek ott elengedték rágóikból a táplálékdarabot, és gond nélkül visszataláltak egyenesen az etetőhöz. Azok viszont, amelyeket a fészek mellé tettek, pontosan az ellenkező irányba indultak el, arrafele, amerre a fészek található lenne, ha az etetőtől indultak volna. A kutatók úgy magyarázzák kísérletük eredményét, hogy a hangyáknak szükségük van a fészekbe való visszatérésre ahhoz, hogy agyukból törölni tudják a hazafele mutató irányt, és elindulhassanak visszafelé. Knaden és kollégái most azon dolgoznak, hogy e felfedezést felhasználják a robotok navigációs rendszereinek továbbfejlesztésében.

Kövesd az áramlatot!

A vízi élőlények számára kevés látható tereptárgy szolgálhat útjelzőül. A vízen rendkívül rosszul hatol át a fény, így a nap és a csillagok állását sem használhatják fel oly mértékben tájékozódásuk során, mint a szárazföldi állatok. Ennek ellenére sok állatfaj - lazacok, bálnák, teknősök - minden évben több ezer kilométeres vándorutat tesz meg az óceánt átszelve, hogy visszatérjen szaporodóhelyére. Sok kutató feltételezte az elmúlt évtizedekben, hogy a tengeri állatok a Föld mágneses mezejében bekövetkező apró változásokat érzékelik, és ez segíti őket úti céljuk megtalálásában. Néhány éve Kenneth Lohmann-nek, az Észak-Karolinai Egyetemen sikerült bizonyítania, hogy az álcserepes teknősök valóban érzékelik a Föld mágneses terét.

Az álcserepes teknősök Észak-Amerika keleti partjainál költenek, a kikelő kisteknősök pedig azonnal megkezdik nyolcezer kilométeres vándorlásuk az Atlanti-óceánon. Útjuk során az észak-atlanti meleg tengeráramlást követik, Floridából indulva keletnek veszik az irányt, majd Európa partjainál délre fordulnak, végül Észak-Afrika és Dél-Amerika között szelik át újra az óceánt, és északnyugatnak tartva érnek vissza Floridába. Létfontosságú számukra, hogy ne térjenenek el az áramlástól, hiszen a hideg vízben a biztos halál várna rájuk. Amikor évek múltán ivaréretté válnak, visszatérnek Florida partjaihoz, és ott szaporodnak. Lohmann és munkatársai újszülött kisteknősöket vizsgáltak egy tengervízzel töltött medencében. A medence köré elektromos huzalokból egy ketrecet építettek, amelynek segítségével mesterséges mágneses mezőt tudtak létrehozni. A kisteknősökre apró "fürdőruhát" húztak, amelyet damillal egy robotkarhoz rögzítettek, így a teknősök minden apró mozgását regisztrálni tudták.

Eredményeik igazolták várakozásaikat: a kisteknősök azonnal reagáltak a mágneses tér változásaira. A kutatók úgy állították be a mágneses mezőt, hogy az hasonló legyen ahhoz, amelyet a teknősök vándorútjuk során tapasztalnak. Amikor a Spanyolország partmenti vizeire jellemző mezőt állították be, a teknősök déli irányba kezdtek úszni, míg az Atlanti-óceánban, az Egyenlítő vidékén tapasztalható mágneses teret érzékelve az állatok északnyugat felé indultak el. Lohmann és munkatársai nem tudják biztosan, hogy a teknősök hogyan érzékelik a mágneses teret. Feltételezésük szerint az agyukban vasoxid található, amely apró iránytűként működhet. Az álcserepes teknősök azonban veszélyeztetett állatok, így nem végezhetnek agyukon anatómiai vizsgálatokat. A hipotézisek teszteléséhez ezért más módszereket kell a kutatóknak kidolgozniuk. A kísérletben vizsgált 79 kisteknőst is azonnal visszaengedték a tengerbe, így azok nekivághattak az óceánnak.

Felhasznált irodalom

Kramer, G. 1950. Weitere Analyse der Faktoren, welche die Zugaktivitat des gekafigten Vogels orientieren. Naturwissenschaften 37, 377-378.
Perdeck, A. C. 1967. Orientation of Starlings after displacement to Spain. Ardea, 55, 194-204.
Emlen, S. T. 1967. Migratory orientation of the indigo bunting, Passerina cyanea. Part I. Evidence for use of celestial cues. The Auk 84, 309-342.
Knaden M; Lange C; Wehner R 2006. The importance of procedural knowledge in desert-ant navigation. Current Biology 16, R916-R917
Lohmann, K. J., Lohmann, C. M. F., Ehrhart, L. M., Bagley, D. A., and T. Swing. 2004. Geomagnetic map used in sea turtle navigation. Nature. 428, 909-910.