Патель, доктор философии.D. кандидат биологических наук в UMBC, обнаружил, что вид креветок-богомолов, которые он исследовал, полагается на солнце, модели в поляризованном свете и внутренние сигналы – именно в таком порядке – для перехода непосредственно к своим неописуемым норам. Эти возвраты по прямой линии часто следуют за набегами, которые извилистыми и зигзагообразными линиями ищут креветки в поисках еды или помощника. Как отметил Патель в своей первой исследовательской полевой экспедиции, способность быстро добраться домой пригодится при поиске укрытия в присутствии хищников или предполагаемых хищников.
После своего первого года 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 повернутся и прямиком прячутся в какое-то убежище», – говорит Патель. Как настоящий ученый "Это заставило меня задуматься, как они находят дорогу домой."
Важная отправная точка
Ученые много написали о навигации у других видов, в первую очередь пчел, муравьев и мышей, но работа Пателя – первая работа по навигации креветок-богомолов.
Во-первых, Патель должен был найти поведение, с которым он мог бы работать, чтобы проверить идеи о том, как креветки-богомолы перемещаются.
Поэтому он создал небольшую арену с засыпанной песком искусственной норой креветок. Он поместил креветку на арену, и, к его радости, креветка-богомол с радостью заняла небольшой участок трубы из ПВХ. Затем он поставил кусок еды на расстоянии от норы. Он наблюдал, как креветка покинула свою нору, извивалась, пока не нашла пищу, а затем вернулась в свою нору по довольно прямой линии.
Исходя из этих первоначальных наблюдений, Патель предположил, что креветки-богомолы используют процесс, называемый интеграцией путей, чтобы найти дорогу домой. Другими словами, они каким-то образом могут отслеживать расстояние и направление от своей норы.
«Вероятно, это была самая захватывающая часть экспериментов для меня, потому что я знал, что у меня действительно устойчивое поведение, с которым я могу работать», – говорит Патель. "Все, что я делал, действительно расширилось с того момента."
Солнечный сюрприз
После этого первого открытия началась сложная работа: выяснить, какие сигналы использовали животные, чтобы определить путь домой.
Патель построил восемь гораздо более крупных арен, каждая примерно по 1.5 метров в диаметре, чтобы проводить его эксперименты. Первый вопрос, который он задал, заключался в том, использует ли креветка внутренние или внешние сигналы, чтобы вернуться домой.
Чтобы проверить это, Патель создал установку, которая поворачивала животное на 180 градусов, когда оно извлекало еду.
Если бы креветка по внешним сигналам запоминала 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 совершенно противоположном направлении.
«Это было действительно круто, но не имело особого смысла, – говорит Патель, – потому что внутренний компас будет намного менее точным, чем то, что связано с окружающей средой.«Потом его осенило:« У нас просто была очень пасмурная неделя, когда я проводил эти эксперименты, поэтому я ждал, пока у нас будет ясный день, а затем каждый раз они возвращались домой."
Собираем пазл
Патель понял, что его эксперимент прекрасно продемонстрировал иерархию сигналов, используемых животными. Сначала они использовали внешние реплики, но когда они были недоступны, они использовали внутренние реплики.
Это было началом длинной серии творческих экспериментов, в ходе которых выяснилось, как эти животные передвигаются.
Когда Патель использовал зеркало, чтобы обмануть животных, заставив их думать, что солнце идет с противоположной стороны, они пошли неверным путем. Это указывает на то, что они используют солнце в качестве основного сигнала. Когда было пасмурно, но не совсем темно, они использовали диаграммы поляризации света, которые все еще можно обнаружить в пасмурную погоду. И когда небо было полностью закрыто, они вернулись к своей внутренней системе навигации.
Разнообразный набор навыков
Для Пателя создание экспериментальных арен – по сути, полосы препятствий для креветок – было почти таким же увлекательным занятием, как и получение результатов. «Это то, что мне действительно нравится – создавать вещи, создавать вещи», – делится он.
Патель изучал искусство и биологию на бакалавриате в Калифорнийском государственном университете в Лонг-Бич. "Я думаю, что эти навыки помогли мне в разработке моих экспериментов."
Другими навыками, которые потребовались Пателю, были терпение и настойчивость. «Животные будут вести себя, может быть, только раз в день, поэтому, если вы напугаете животное, вы потеряете этот день», – говорит он.
Например, один из экспериментов заключался в том, чтобы поставить животных на след, который тянул их в новое положение, и посмотреть, куда они направляются оттуда. «Если трасса слишком резкая или идет слишком быстро, они пугаются и просто не ведут себя», – говорит Патель. "Поэтому мне пришлось спланировать эксперимент так, чтобы он был настолько мягким, что они не заметили, что их перемещают."
Новые вопросы
Все терпение Пателя окупилось новыми открытиями, которые открывают множество будущих вопросов, на которые нужно ответить. Хотя интеграция путей хорошо известна у других видов, креветки-богомолы первыми продемонстрировали эту технику под водой.
Взгляд на небо через воду – это совсем другой вид, чем через воздух, поэтому Патель любопытно, чем этот процесс животных отличается от других видов.
Патель также в конечном итоге заинтересован в нейронной основе навигационного поведения, но «прежде чем вы сможете исследовать, что происходит в мозгу, вы должны понять, что делает животное», – говорит он. «Вот почему я действительно сосредоточился на поведенческой работе, чтобы выяснить, что делает животное и какие стимулы подходят, чтобы показать животному, что мы можем использовать для исследования его неврологии."
Пока что другая работа продемонстрировала, что область мозга, называемая центральным комплексом, имеет поразительное сходство между насекомыми и креветками-богомолами. Это особенно интересно, учитывая, как далеко друг от друга пчелы и креветки находятся на древе жизни.
Известно, что центральный комплекс способствует навигации пчел, поэтому Патель заинтригован, чтобы узнать больше о его функциях у креветок-богомолов. Алиса Чоу, еще одна аспирантка лаборатории Кронина, также изучает структуры мозга креветок-богомолов.