Dơi đã được chứng minh là sử dụng thông tin từ từ trường của Trái đất trong quá trình định hướng. Tuy nhiên, cơ chế cơ bản của khả năng này vẫn chưa được biết rõ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tìm hiểu xem loài dơi sở hữu la bàn dựa trên phân cực hoặc độ nghiêng có thể được sử dụng để định hướng. Chúng tôi đã theo dõi vị trí treo cổ của Nyctalus plancyi trưởng thànhtrong phòng thí nghiệm với sự hiện diện của từ trường cảm ứng có cường độ gấp đôi Trái đất. Khi chịu ảnh hưởng của một trường cảm ứng được căn chỉnh bình thường, những con dơi tỏ ra thích treo ở đầu phía bắc của giỏ làm giá thể của chúng. Khi thành phần thẳng đứng của sân được đảo ngược, những con dơi vẫn ở đầu phía bắc của rổ. Tuy nhiên, khi thành phần nằm ngang của sân được đảo ngược, những con dơi đã thay đổi vị trí của chúng và treo ở đầu phía nam của rổ. Dựa trên những kết quả này, chúng tôi kết luận rằng N. plancyi , không giống như tất cả các động vật có xương sống không phải động vật có vú khác được thử nghiệm cho đến nay, sử dụng la bàn dựa trên cực trong quá trình định hướng trong chuồng và rằng chính la bàn đó cũng có khả năng làm cơ sở cho khoảng cách dài của dơi khả năng điều hướng.

1. Giới thiệu

Cường độ và hướng của từ trường Trái đất được coi là nguồn thông tin định hướng có mặt khắp nơi và đáng tin cậy đối với động vật. Thành phần vectơ của trường có thể cung cấp thông tin về hướng và độ nghiêng hoặc cường độ tổng có thể được sử dụng để chỉ ra vị trí ( Wiltschko & Wiltschko 2005 ). Nhiều loài động vật, bao gồm lưỡng cư, cá, chim, động vật có vú và nhiều loại động vật không xương sống, đã được chứng minh là sử dụng la bàn từ trong quá trình định hướng (Wiltschko & Wiltschko 1995 , 2005 ). Trong các loài động vật có vú, loài gặm nhấm đã được chứng minh là sử dụng thông tin từ trường trong quá trình định hướng, điều hướng và làm tổ ( Mather & Baker 1981 ; Deutschlander et al . 2003 ;Kimchi và cộng sự . Năm 2004 ; Muheim và cộng sự . 2006 ), trong khi những con dơi gần đây đã được chứng minh là sử dụng nó trong quá trình định hướng ( Holland et al . 2006 ). Ở tất cả các động vật có xương sống không phải động vật có vú được thử nghiệm cho đến nay, độ nghiêng của từ trường được sử dụng để xác định hướng của trường ( Phillips & Borland 1994 ; Wiltschko & Wiltschko 1996 , 2005 ; Walker et al . 2002 ). Ngược lại, chuột chũi, loài động vật có vú duy nhất có khả năng định hướng đã được phân tích chi tiết, sử dụng độ phân cực của trường để xác định hướng ( Marhold et al . 1997 ).

Là bộ động vật có vú phong phú thứ hai, dơi đã được chứng minh là sử dụng thị giác, khứu giác và định vị bằng tiếng vang để định hướng và điều hướng tầm ngắn giữa dơi và địa điểm kiếm ăn ( Altringham 1998 ). Mặc dù những con dơi di chuyển bên ngoài phạm vi nhà của chúng gần đây cũng đã được chứng minh là sử dụng từ trường trong quá trình định hướng ( Holland và cộng sự 2006 ), vẫn chưa rõ liệu chúng sử dụng cực từ hay độ nghiêng để xác định hướng. Trong bài báo này, chúng tôi kiểm tra giả thuyết vô hiệu rằng dơi không thể phát hiện ra những thay đổi về cực và độ nghiêng của từ trường cảm ứng. Để kiểm tra giả thuyết của mình, chúng tôi đã tiếp xúc với các cá thể thuộc loài Nyctalus plancyi(Chiroptera: Vespertilionidae), được tổ chức trong phòng thí nghiệm, đặt trong một từ trường cảm ứng có cường độ gấp đôi Trái đất. Sau đó, chúng tôi đã thay đổi, đồng thời và độc lập, các thành phần ngang và dọc của ruộng và theo dõi những ảnh hưởng đến hành vi chăn dắt của dơi. Phản ứng với những thay đổi trong trường thẳng đứng sẽ thể hiện sự nhạy cảm với độ nghiêng của trường, trong khi phản ứng với những thay đổi trong trường ngang sẽ thể hiện sự nhạy cảm với cực của trường.

2. Chất liệu và phương pháp

3. Kết quả

Trong các thí nghiệm cơ bản, sáu N. plancyi trưởng thành hoang dã được đặt trong một cái giỏ tròn (đường kính 30 cm) đặt bên trong một từ trường cảm ứng (Hình 1). Từ trường thực nghiệm được tạo ra bởi ba cặp cuộn dây Helmholtz vuông trực giao ( D = 1,5 m), thẳng hàng với trục địa từ địa phương tại Bắc Kinh (căn chỉnh được xác định bằng cách sử dụng từ kế thông lượng 3 trục APS 520 với độ chính xác ± 0,1 μT; Đã áp dụng Hệ thống Vật lý, Mountain View, California), với cường độ gấp đôi cường độ của trường địa phương. Vị trí đậu của dơi được ghi lại vào mỗi buổi tối qua một máy quay video hồng ngoại từ xa. Vị trí dơi được xác định là trung tâm của đám dơi. Khi tiếp xúc với trường được căn chỉnh bình thường ( độ nghiêng trung bình = 1,0 ° ± 1,4 °, độ nghiêng = 61,3 ° ± 0,9 ° và cường độ trường = 98,9 ± 0,8 μT trong giỏ) trong 15 ngày liên tục, các con dơi quây quần cùng nhau ở đầu phía bắc của cái rổ (Hình 2).

Những con dơi đã thay đổi đáng kể vị trí đặt ổ của chúng vào 15 ngày tiếp theo sau khi thay đổi đồng thời các thành phần ngang và dọc của trường (độ nghiêng = 183,8 ° ± 1,1 °, độ nghiêng = −60,8 ° ± 1,3 °, cường độ trường = 100,5 ± 2,3 μT trong phạm vi cái rổ). Thí nghiệm này sau đó được lặp lại với sáu cá nhân khác nhau với cùng một kết quả (xemHình 2chú giải cho kết quả thống kê).

Để xác định xem những con dơi có phát hiện ra những thay đổi về độ nghiêng hoặc độ phân cực (hoặc cả hai) của trường hay không, sáu con dơi khác đã được tiếp xúc với những thay đổi độc lập trong các thành phần dọc và ngang của trường (hình 3). Khi tiếp xúc với trường được căn chỉnh bình thường (độ nghiêng = 359,8 ° ± 3,6 °, độ nghiêng = 58,5 ° ± 1,9 ° và cường độ trường = 92,0 ± 1,0 μT trong giỏ) trong 15 ngày liên tục, dơi lại đậu ở đầu phía bắc của rổ. Khi chỉ thay đổi thành phần thẳng đứng của ruộng trong 15 ngày (độ nghiêng = 358,8 ° ± 1,5 °, độ nghiêng = −64,7 ° ± 1,6 ° và cường độ trường = 114,6 ± 3,2 μT trong giỏ), dơi vẫn duy trì vị trí lồng của chúng. Tuy nhiên, khi chỉ thay đổi trường ngang trong 15 ngày (độ nghiêng = 180,5 ° ± 1,8 °, độ nghiêng = 61,3 ° ± 1,2 ° và cường độ trường = 100,8 ± 1,2 μT trong giỏ), dơi đã thay đổi đáng kể vị trí lồng của chúng để cuối phía nam của giỏ (xemhình 3chú giải cho kết quả thống kê).

4. Thảo luận

Kết quả thí nghiệm của chúng tôi cho thấy kết luận rằng N. plancyi phản ứng với những thay đổi trong thành phần nằm ngang của từ trường cảm ứng. Do đó, chúng tôi bác bỏ giả thuyết vô hiệu của mình và kết luận rằng N. plancyi , không giống như tất cả các động vật có xương sống không phải động vật có vú khác được thử nghiệm cho đến nay, phản ứng với những thay đổi về cực, nhưng không phải độ nghiêng, của từ trường cảm ứng. Các thí nghiệm của chúng tôi cũng cho thấy rằng các tín hiệu từ tính rất quan trọng trong hành vi nuôi của N. plancyi .

Trong thí nghiệm của chúng tôi, sự ưa thích rõ ràng đối với việc đặt giá thể ở đầu phía bắc hoặc phía nam (bình thường hoặc đảo ngược) của giỏ cho thấy vai trò của định hướng từ tính trong hành vi điều chỉnh nhiệt. Các loài thuộc chi Myotis đã được chứng minh là chọn vị trí làm ổ dựa trên đặc điểm nhiệt của chúng, với các vị trí ấm hơn được chọn để kiểm soát tốc độ tiết sữa và sự phát triển của bào thai và con non ( Dietz & Kalko 2006 ; Solick & Barclay 2006 ). Dơi Myotis cũng đã được chứng minh là lựa chọn các vị trí chăn nuôi để giảm thiểu chi phí năng lượng cho việc nhập, duy trì và rời khỏi chuồng hàng ngày. Dơi cũng chọn những khu vực tiếp xúc với Mặt trời buổi tối để tối đa hóa lợi ích của năng lượng mặt trời khi thoát ra khỏi chuồng ( Riskin & Pybus 1998 ;Solick & Barclay 2006 ).

Mặc dù không được kiểm tra trực tiếp, nhưng kết quả của chúng tôi phù hợp với việc sử dụng la bàn dựa trên cực từ trong điều hướng địa phương ( Phillips 1986 ). Cả chim và dơi đều có khả năng di chuyển trên một khoảng cách xa khi kiếm ăn hoặc di cư. Ví dụ, loài Nyctalus noctula đã được chứng minh là có thể di cư 1600 km giữa các loài roosts mùa hè và mùa đông ( Streikov 1969 ); Dơi đuôi tự do Mexico ( Tadarida brasiliensis ) di chuyển hơn 1300 km đến thuộc địa của chúng vào mỗi mùa xuân ( Villa & Cockrum 1962 ); dơi đốm ( Euderma maculatum ) có thể bay tới 40 km khi kiếm ăn ( Rabe et al . 1998). Các tín hiệu từ tính đã được các loài chim và gần đây là loài dơi nâu lớn ( Eptesicus fuscus ; Holland et al . 2006 ) sử dụng rộng rãi, và có khả năng các loài khác cũng sở hữu khả năng này. Tuy nhiên, không giống như các loài chim, việc dơi sử dụng la bàn phân cực cho phép chúng phân biệt giữa bắc và nam tại bất kỳ điểm nào trên Trái đất, với cường độ từ trường có thể cung cấp thông tin vĩ độ để xác định vị trí chính xác ( Wiltschko & Wiltschko 1996 ).

Các cơ chế giải phẫu và sinh lý mà động vật phát hiện thông tin từ tính đã được nghiên cứu trong vài thập kỷ với hai lý thuyết về thụ thể cạnh tranh xuất hiện, một dựa trên ánh sáng và một dựa trên magnetit. Chim và kỳ nhông chỉ thể hiện định hướng chính xác khi tiếp xúc với bước sóng ánh sáng hẹp trong khi sử dụng thông tin từ tính ( Phillips & Borland 1994 ; Wiltschko & Wiltschko 2001 ), và một số loài chim dường như phản ứng trong quá trình định hướng với sự thay đổi của cường độ ánh sáng ( Wiltschko et al . 2000 ). Magnetite đã được tìm thấy trong các mô ở đầu trước bụng của ong mật ( Apis mellifera ; Gould et al . 1978), mô ethmoid của cá salmonid ( Mann et al . 1988 ), tế bào khứu giác của cá hồi vân ( Oncorhynchus mykiss ; Walker et al . 1997 ) và quỹ đạo và khoang mũi của chim ( Beason & Nichols 1984 ; Williams & Wild Năm 2001 ). Tính toán mô hình chỉ ra rằng các thụ thể dựa trên magnetit này có thể tham gia vào việc ước tính hướng hoặc cường độ của từ trường ( Wiltschko & Wiltschko 2005). Thậm chí, người ta còn cho rằng chim có thể sử dụng cả hai loại thụ thể với cơ chế phụ thuộc vào ánh sáng ở mắt phải để cung cấp thông tin định hướng và các thụ thể dựa trên magnetit ở mỏ trên phát hiện sự thay đổi cường độ từ trường ( Wiltschko et al . 2002 ).

Dựa trên thị lực kém tương đối của dơi (so với chim) ( Altringham 1998 ) và điều kiện ánh sáng yếu mà chúng hoạt động, thì việc sử dụng một bộ phận tiếp nhận ánh sáng dường như không thể xảy ra. Do đó, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng dơi sử dụng cơ chế dựa trên chất nam châm trong quá trình định hướng. Bằng chứng so sánh để hỗ trợ giả thuyết của chúng tôi đến từ công trình cho thấy loài gặm nhấm dựa vào la bàn phân cực và từ tính trong điều kiện ánh sáng yếu ( Marhold et al . 1997 ).

Công trình của chúng tôi đặt ra câu hỏi về vai trò của la bàn từ trong việc điều hướng của dơi và có thể là các động vật có xương sống khác. Cả cường độ và độ nghiêng của từ trường Trái đất đều có thể cung cấp thông tin về vĩ độ ( Walker & Bitterman 1989 ; Wiltschko & Wiltschko 1996 ). Hiện đã có bằng chứng rõ ràng rằng ít nhất một số loài động vật đủ nhạy cảm với cường độ từ trường để có thể xác định vĩ độ ( Walker 1998 ; Dennis et al . 2007 ). Nếu chỉ riêng cường độ là đủ để xác định vĩ độ, thì sẽ hợp lý để hỏi liệu độ phân cực và độ nghiêng ( Wiltschko & Wiltschko 1992) là đủ để sử dụng la bàn từ ở vùng nhiệt đới, nơi có nhiều dơi và khi băng qua xích đạo từ trong quá trình di cư. Hơn nữa, tiết lộ rằng một loài động vật có vú to lớn sở hữu và sử dụng la bàn phân cực từ trường cho thấy rằng khả năng phát hiện trục của từ trường Trái đất thông qua cực hoặc nghiêng là đủ để điều hướng đường dài và làm tăng khả năng phát triển la bàn nghiêng và phân cực. độc lập ở chim và động vật có vú sau quá trình chuyển đổi từ nước sang đất sang không khí.

Sự nhìn nhận