Комахи по запаху знайшли яблуню у віртуальній реальності
Вчені з Індії та Німеччини створили арену віртуальної реальності для комах, в якій можна досліджувати пошукову поведінку тварин на великих відстанях в умовах, близьких до природних.
Експериментальна модель дозволяє спостерігати за переміщенням комах в потоках вітру або в присутності градієнта запаху. Протестовані двокрилі успішно знаходили об'єкти (яблуні або квітки) у віртуальному просторі, навіть якщо для цього потрібно було рухатися проти вітру. При відсутності зорових стимулів комахи рухалися в напрямку джерела фруктового запаху.
Дослідження опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
При пошуковій поведінці тварини розрізняють сигнали середовища, виділяють потрібні об'єкти і рухаються до них — для цього необхідна безперервна динамічна оцінка простору і постійна підстроювання траєкторії. Розшифровка механізмів пошукової поведінки може бути корисна для створення і поліпшення алгоритмів штучного інтелекту, роботів і пошукових систем інтернету.
Літаючі комахи здатні знаходити об'єкти на відстанях, які перевищують розміри їх тіла на три порядки (наприклад, для сантиметрової тварини це більше десяти метрів). На таких масштабах комахи не можуть бачити об'єкти, і для орієнтації вони використовують цілий ряд сигналів: запахи, напрямок і силу вітру, положення горизонту. Крім того, ці тварини підтримують положення власного тіла при польоті і визначають пройдену дистанцію.
Ми погано розуміємо, як саме комахи інтегрують стимули навколишнього середовища при пошуковій поведінці на великих відстанях: в дослідженнях необхідно враховувати велику кількість параметрів, і стежити одночасно за швидко переміщається тваринам і положенням стимулу в природних умовах важко. Вирішити цю проблему можна за допомогою віртуальної реальності — в ній можна управляти всіма стимулами і контролювати поведінкову відповідь.
Індійські вчені Паван Кумар Каушик (Pavan Kumar Kaushik) і Шеннон Олссон (Shannon Olsson) з Інституту фундаментальних досліджень Тата разом з Маріаном Ренцом (Marian Renz) з Білефельдського університету поміщали різних двокрилих комах в мультимодальну віртуальну реальність.
Протестували шкідника з Північної Америки (яблуневу стрококрилку Rhagoletis pomonella), тропічного переносника інфекцій ( комара Aedes aegypti), азіатський вид (Pselliophora laeta) і запилювача-космополіта (ільницю Eristalis tenax) комах закріплювали в арені перед екраном, на який виводили зображення яблуні в полі. Тварини могли нескінченно досліджувати віртуальний простір; крім зображення, в Арені створювали спрямований потік повітря і джерела запахів.
Якщо в середовищі були тільки трава і небо, комахи літали у випадковому напрямку; коли у віртуальній реальність з'являлася яблуня, двокрилі направлено рухалися в її бік. Значить, комахи можуть розпізнавати 3D об'єкти у віртуальному середовищі. Чим далі знаходилося дерево, тим менше двокрилі фіксувалися на ньому і рухалися в його бік. Коли в середовищі було два дерева: маленьке близько до початкової позиції тварини і велике на видаленні (їх початкові кутові розміри збігалися), двокрилі воліли летіти до маленького і близького дерева - при виборі об'єктів комахи комплексно обробляли тривимірні зорові сигнали.
На малюнку траєкторія та вектор руху різних комах: А. немає дерев; В. одна яблуня
Коли в арені створювали потоки повітря, які імітували вітер (в залежності від положення комахи у віртуальному середовищі повітря подавалося з різних сторін, так що щодо віртуального простору напрямок вітру залишався постійним), комахи воліли летіти у напрямку повітряного потоку.
Якщо ж в просторі з'являлося дерево, двокрилі наближалися до нього і проти вітру.
A: напрямок потоку повітря в залежності від положення комахи у віртуальному просторі. B: переміщення стрококрилки в залежності від сили вітру ; права діаграма - в середовищі є дерево
Нарешті, в середу додали фруктовий аромат. У природному середовищі запахи поширюються переривчастими цівками. Для того, щоб імітувати це, запах виділяли в середу невеликими порціями, коли комаха потрапляло в смугу шириною два метри, що імітує потік запаху.
Частота викиду летючих речовин була тим вище, чим ближче комаха підлітала до дерева. Яблуню у віртуальному середовищі розташували проти вітру і досить далеко, щоб тільки зорова інформація не могла направити комах у бік дерева.
Частота подачі запаху в залежності від положення комахи щодо дерева і двометрової смуги запаху
Двокрилі залишалися в потоці запаху і рухалися в бік дерева, якщо напрямок вітру і джерело запаху збігалися. При поділі цих стимулів комахи не реагували ні на один з них.
Метод, який протестували в цій роботі, допоможе краще зрозуміти багато аспектів пошукової поведінки комах; за допомогою нього можна вивчати реакцію тварин на більшу кількість об'єктів і стимулів. Отримані дані можуть допомогти в боротьбі зі шкідниками: які пастки краще використовувати і як їх розташовувати.
Вчені поміщають у віртуальну реальність самих різних тварин. Наприклад, існують VR-кімнати для мух, мишей і навіть риб, в яких тварини не закріплені і можуть рухатися вільно.
Також читайте: