Dlaczego szarańcze nie zderzają się?

Wyobraźcie sobie niewielkie miasto, na którego drogach porusza się jednocześnie jakieś 80 milionów samochodów. Na ile możliwe jest, by nie doszło między nimi do żadnej kolizji? Zapewne przyznacie, że prawdopodobieństwo zderzenia w tak dużym skupisku poruszających się pojazdów jest duże. Jednak może zaciekawi was fakt, że istnieją stworzenia zdolne bezpiecznie przemieszczać się w tak ogromnych grupach. To szarańcze. Przyjrzyjmy się im bliżej i zobaczmy, czy ich system antykolizyjny da się wykorzystać w technice.

Portret szarańczy

Szarańcza wędrowna (Locusta migratoria) to niewielki owad z gatunku prostoskrzydłych, z rodziny szarańczowatych (Acrididae). Osobniki dorosłe mają niecałe 5 cm długości.

Szarańcze żywią się głównie trawami, ale potrafią zjeść właściwie każdą roślinę, jaką spotkają na swej drodze. Z tego powodu są tak niebezpieczne dla upraw. Przemieszczają się zazwyczaj w stadach liczących od 40 do 80 milionów osobników na kilometr kwadratowy i gdy natrafią na pola uprawne, potrafią całkowicie je wytrzebić, gdyż każda dorosła szarańcza może zjeść dziennie tyle, ile sama waży (czyli kilka gramów).

Na każdy milion owadów jest to aż tona pochłoniętej roślinności dziennie. Całe stado może więc zjeść w ciągu jednej doby na powierzchni 1 kilometra kwadratowego aż 80 ton upraw! Nic dziwnego, że w takich sytuacjach mówi się o pladze szarańczy.

Ich stada są również bardzo ruchliwe. Każdy osobnik potrafi poruszać się z prędkością od 15 do 20 kilometrów na godzinę, wykorzystując do tego celu siłę wiatru. W ciągu dnia grupa może pokonać nawet 130 kilometrów lub więcej. Ich trasa migracyjna w kierunku północnym liczy aż 2 tysiące kilometrów.

Mimo tak dużej liczebności w grupie i tak gęstego rozmieszczenia (wyobraź sobie 80 tysięcy osobników w jednym metrze sześciennym!) szarańcze nie zderzają się ze sobą. Jak to możliwe?

Detektory ruchu

Olbrzymie zrazikowe detektory ruchu (angielski skrót to LGMD) to dwa neurony (LGMD1 i LGMD2) znajdujące się w oczach szarańczy. Odpowiadają one za błyskawiczne wykrywanie zagrożenia. Potrafią ustalić wielkość, kształt i prędkość zbliżającego się obiektu oraz przybliżony czas zderzenia.

Uzyskane informacje natychmiast są przesyłane do postsynaptycznego neuronu DCMD. Dzięki temu impuls dociera do skrzydeł i odnóży owada, który reaguje w ciągu ułamka sekundy, pięć razy szybciej niż człowiek mruga okiem!

Reakcja ukrywania

Gdy szarańcza odkryje zagrożenie a jej neurony pobudzą ją do działania, zostaje uruchomiona reakcja ukrywania. Jest to manewr, podczas którego zagrożony owad chowa się za inny obiekt (np. za gałąź lub liść), by uniknąć kolizji.

Co ciekawe, szarańcza jest wyposażona w system wykrywania ruchu i reakcję ukrywania się w całej fazie swojego rozwoju. Nawet najmłodsze, jednodniowe osobniki potrafią więc rozpoznać zagrożenie i się przed nim schronić.

Inspiracja dla robotyki

Naukowcy z Uniwersytetu z Newcastle (University Of Newcastle upon Tyne) w Anglii, spędzili 30 lat nad badaniami szarańczy. W 2013 roku opublikowano wyniki tych badań.

Celem badaczy było odkrycie metod działania neuronów szarańczy wykrywających ruch i ich systemu ukrywania, by móc wykorzystać te dane w robotyce.

Najważniejszym osiągnięciem projektu było sztuczne wywołanie reakcji ukrywania przy użyciu wygenerowanego komputerowo bodźca. Dzięki temu można opracować wizualne systemy ostrzegania i unikania zderzeń dla pojazdów i robotów.

Dalsze badania

Do roku 2013 zbadano jedynie dorosłe osobniki szarańczy. Są jednak przesłanki, że u młodych owadów system rozwija się w inny sposób niż u dorosłych. Mianowicie jeden z neuronów może dojrzewać szybciej niż drugi, choć oba są aktywne już od pierwszych dni istnienia owada.

Co więcej, poziom dojrzałości tych grup przekaźników wzrasta wraz z wiekiem szarańczy.

Możliwe jest również, że za wywołanie reakcji ukrywania odpowiada tylko jeden z neuronów – LGMD2.

Prowadzenie dalszych badań i zdobycie wiedzy w tym temacie może być przydatne do ulepszenia już istniejących technologii wykrywania zagrożeń dla inteligentnych pojazdów.

Polecamy

• Szarańcza
• Opracowania
• Świat owadów
• Owady
• Muchy, mucha domowa
• Komary i moskity
• Termity