Navegación animal - Animal navigation
La navegación animal es la capacidad de muchos animales para encontrar su camino con precisión sin mapas ni instrumentos. Aves como el charrán ártico , insectos como la mariposa monarca y peces como el salmón migran regularmente miles de millas hacia y desde sus lugares de reproducción, y muchas otras especies navegan eficazmente en distancias más cortas.
La navegación a estima , navegar desde una posición conocida utilizando solo información sobre la propia velocidad y dirección, fue sugerida por Charles Darwin en 1873 como un posible mecanismo. En el siglo XX, Karl von Frisch demostró que las abejas melíferas pueden navegar por el sol, por el patrón de polarización del cielo azul y por el campo magnético de la tierra; de estos, dependen del sol cuando es posible. William Tinsley Keeton demostró que las palomas mensajeras también podrían hacer uso de una variedad de señales de navegación, incluido el sol, el campo magnético de la tierra , el olfato y la visión. Ronald Lockley demostró que una pequeña ave marina, la pardela de la Isla de Man , podía orientarse y volar a casa a toda velocidad cuando se la soltaba lejos de casa, siempre que el sol o las estrellas fueran visibles.
Varias especies de animales pueden integrar señales de diferentes tipos para orientarse y navegar con eficacia. Los insectos y las aves pueden combinar puntos de referencia aprendidos con la dirección detectada (del campo magnético de la tierra o del cielo) para identificar dónde están y así navegar. Los "mapas" internos a menudo se forman utilizando la visión, pero también se pueden utilizar otros sentidos, como el olfato y la ecolocalización .
La capacidad de los animales salvajes para navegar puede verse afectada negativamente por los productos de la actividad humana. Por ejemplo, existe evidencia de que los pesticidas pueden interferir con la navegación de las abejas y que las luces pueden dañar la navegación de las tortugas.
Investigaciones tempranas
En 1873, Charles Darwin escribió una carta a la revista Nature , argumentando que los animales, incluido el hombre, tienen la capacidad de navegar a estima, incluso si hay un sentido de brújula magnética y la capacidad de navegar por las estrellas:
Con respecto a la cuestión de los medios por los que los animales encuentran su camino a casa desde una gran distancia, se encontrará un relato sorprendente, en relación con el hombre, en la traducción al inglés de la Expedición al norte de Siberia , de Von Wrangell . Allí describe la maravillosa manera en que los nativos mantuvieron un verdadero rumbo hacia un lugar en particular, mientras pasaban una gran distancia a través de montículos de hielo, con incesantes cambios de dirección, y sin guía en los cielos ni en el mar helado. Afirma (pero cito sólo de memoria de muchos años en pie) que él, un topógrafo experimentado, y usando una brújula, no logró hacer lo que estos salvajes lograron fácilmente. Sin embargo, nadie supondrá que poseían un sentido especial que está completamente ausente en nosotros. Debemos tener en cuenta que ni una brújula, ni la estrella del norte, ni ninguna otra señal similar, es suficiente para guiar a un hombre a un lugar en particular a través de un intrincado país, o a través de un montículo de hielo, cuando muchas desviaciones de un rumbo recto son inevitables. a menos que se permitan las desviaciones o se mantenga una especie de "navegación a estima". Todos los hombres son capaces de hacer esto en mayor o menor grado, y los nativos de Siberia aparentemente en un grado maravilloso, aunque probablemente de manera inconsciente. Esto se efectúa principalmente, sin duda, por la vista, pero en parte, quizás, por el sentido del movimiento muscular, de la misma manera que un hombre con los ojos ciegos puede avanzar (y algunos hombres mucho mejor que otros) por una corta distancia en una línea casi recta, o girar en ángulo recto, o volver de nuevo. La manera en que el sentido de la dirección a veces se desorganiza repentinamente en personas muy ancianas y débiles, y el sentimiento de fuerte angustia que, como sé, han experimentado las personas cuando de repente descubren que han estado procediendo de una manera totalmente dirección inesperada y errónea, lleva a la sospecha de que alguna parte del cerebro está especializada para la función de dirección.
Más tarde, en 1873, Joseph John Murphy respondió a Darwin, escribiendo a Nature con una descripción de cómo él, Murphy, creía que los animales llevaban a cabo la navegación a estima, mediante lo que ahora se llama navegación inercial :
Si una bola se suspende libremente del techo de un vagón de ferrocarril, recibirá un impacto suficiente para moverlo, cuando el vagón se ponga en movimiento: y la magnitud y dirección del impacto ... dependerá de la magnitud y dirección de la fuerza con lo que el carro comienza a moverse ... [y así] ... cada cambio en ... el movimiento del carro ... dará un choque de magnitud y dirección correspondientes a la bola. Ahora bien, es concebible que sea muy posible, aunque no es de esperar tal delicadeza de mecanismo, que se construya una máquina ... para registrar la magnitud y dirección de todos estos choques, con el momento en que ocurrió cada uno ... a partir de estos datos el posición del carro ... puede calcularse en cualquier momento.
Karl von Frisch (1886-1982) estudió la abeja europea y demostró que las abejas pueden reconocer la dirección deseada de la brújula de tres formas diferentes: por el sol, por el patrón de polarización del cielo azul y por el campo magnético terrestre. Mostró que el sol es la brújula principal o preferida; los otros mecanismos se utilizan bajo cielos nublados o dentro de una colmena oscura .
William Tinsley Keeton (1933-1980) estudió a las palomas mensajeras y demostró que eran capaces de navegar utilizando el campo magnético terrestre , el sol, así como las señales olfativas y visuales.
Donald Griffin (1915-2003) estudió la ecolocalización en murciélagos , demostrando que era posible y que los murciélagos usaban este mecanismo para detectar y rastrear presas, y para "ver" y así navegar por el mundo que las rodeaba.
Ronald Lockley (1903-2000), entre muchos estudios de aves en más de cincuenta libros, fue pionero en la ciencia de la migración de aves. Hizo un estudio de doce años sobre pardelas como la pardela de la Isla de Man , que vive en la remota isla de Skokholm . Estas pequeñas aves marinas realizan una de las migraciones más largas de todas las aves, 10,000 kilómetros, pero regresan a la madriguera de anidación exacta en Skokholm año tras año. Este comportamiento llevó a la pregunta de cómo navegaban.
Mecanismos
Lockley comenzó su libro Animal Navigation con las palabras:
¿Cómo encuentran los animales su camino en un país aparentemente sin caminos, a través de bosques sin caminos, a través de desiertos vacíos, por encima y por debajo de mares sin rasgos distintivos? ... Lo hacen, por supuesto, sin brújula , sextante , cronómetro o carta visible ...
Se han propuesto muchos mecanismos para la navegación animal: hay evidencia de varios de ellos. Los investigadores a menudo se han visto obligados a descartar las hipótesis más simples; por ejemplo, algunos animales pueden navegar en una noche oscura y nublada, cuando no se ven puntos de referencia ni señales celestes como el sol, la luna o las estrellas. Los principales mecanismos conocidos o hipotetizados se describen a continuación.
Puntos de referencia recordados
Los animales, incluidos los mamíferos, las aves y los insectos, como las abejas y las avispas ( Ammophila y Sphex ), son capaces de aprender puntos de referencia en su entorno y de utilizarlos en la navegación.
Orientación por el sol
Algunos animales pueden navegar usando señales celestiales como la posición del sol. Dado que el sol se mueve en el cielo, la navegación por este medio también requiere un reloj interno. Muchos animales dependen de dicho reloj para mantener su ritmo circadiano . Los animales que utilizan la orientación de la brújula solar son peces , pájaros, tortugas marinas, mariposas , abejas , saltamontes , reptiles y hormigas .
Cuando los saltamontes (como Talitrus saltator ) son llevados a una playa, encuentran fácilmente el camino de regreso al mar. Se ha demostrado que esto no es simplemente moviéndose cuesta abajo o hacia la vista o el sonido del mar. Un grupo de saltamontes fue aclimatado a un ciclo día / noche bajo iluminación artificial, cuyo tiempo fue cambiando gradualmente hasta que se desfasó 12 horas con el ciclo natural. Luego, los saltamontes se colocaron en la playa a la luz del sol natural. Se alejaron del mar, playa arriba. El experimento implicaba que los saltamontes usaban el sol y su reloj interno para determinar su rumbo, y que habían aprendido la dirección real hacia el mar en su playa particular.
Los experimentos con pardelas de Manx demostraron que cuando se liberaban "bajo un cielo despejado" lejos de sus nidos, las aves marinas primero se orientaban y luego volaban en la dirección correcta. Pero si el cielo estaba nublado en el momento del lanzamiento, las pardelas volaban en círculos.
Las mariposas monarca usan el sol como brújula para guiar su migración otoñal hacia el suroeste de Canadá a México.
Orientación por el cielo nocturno
En un experimento pionero, Lockley mostró que las reinitas colocadas en un planetario que mostraba el cielo nocturno se orientaban hacia el sur; cuando el cielo del planetario giraba muy lentamente, las aves mantenían su orientación con respecto a las estrellas mostradas. Lockley observa que para navegar por las estrellas, las aves necesitarían un "sextante y un cronómetro": una capacidad incorporada para leer patrones de estrellas y navegar por ellos, lo que también requiere un reloj preciso con la hora del día.
En 2003, se demostró que el escarabajo pelotero africano Scarabaeus zambesianus navegaba utilizando patrones de polarización a la luz de la luna , lo que lo convirtió en el primer animal conocido en utilizar la luz de la luna polarizada para orientarse. En 2013, se demostró que los escarabajos peloteros pueden navegar cuando solo la Vía Láctea o cúmulos de estrellas brillantes son visibles, lo que convierte a los escarabajos peloteros en los únicos insectos que se sabe que se orientan por la galaxia.
Orientación por luz polarizada
Algunos animales, en particular insectos como la abeja melífera , son sensibles a la polarización de la luz. Las abejas pueden usar luz polarizada en días nublados para estimar la posición del sol en el cielo, en relación con la dirección de la brújula en la que pretenden viajar. El trabajo de Karl von Frisch estableció que las abejas pueden identificar con precisión la dirección y el rango desde la colmena hasta una fuente de alimento (típicamente un parche de flores con néctar). Una abeja obrera regresa a la colmena y les indica a otros trabajadores el rango y la dirección relativa al sol de la fuente de alimento por medio de una danza de meneo . Las abejas observadoras pueden entonces localizar el alimento volando la distancia implícita en la dirección dada, aunque otros biólogos han cuestionado si necesariamente lo hacen o simplemente se sienten estimulados para ir a buscar alimento. Sin embargo, las abejas ciertamente pueden recordar la ubicación de los alimentos y navegar de regreso a ellos con precisión, ya sea que el clima sea soleado (en cuyo caso la navegación puede ser por el sol o puntos de referencia visuales recordados) o en gran parte nublado (cuando la luz polarizada puede ser usado).
Magnetorecepción
Algunos animales, incluidos los mamíferos como las ratas topo ciegas ( Spalax ) y las aves como las palomas, son sensibles al campo magnético terrestre.
Las palomas mensajeras utilizan la información del campo magnético con otras señales de navegación. El investigador pionero William Keeton demostró que las palomas mensajeras desplazadas en el tiempo no podían orientarse correctamente en un día claro y soleado, pero podían hacerlo en un día nublado, lo que sugiere que las aves prefieren depender de la dirección del sol, pero cambian a usar un señal de campo magnético cuando el sol no es visible. Esto fue confirmado por experimentos con imanes: las palomas no podían orientarse correctamente en un día nublado cuando el campo magnético estaba interrumpido.
Olfato
Se ha sugerido la navegación olfativa como posible mecanismo en palomas. El modelo de "mosaico" de Papi sostiene que las palomas construyen y recuerdan un mapa mental de los olores en su área, reconociendo dónde están por el olor local. El modelo de "gradiente" de Wallraff sostiene que existe un gradiente de olor constante a gran escala que permanece estable durante largos períodos. Si hubiera dos o más gradientes de este tipo en diferentes direcciones, las palomas podrían ubicarse en dos dimensiones por la intensidad de los olores. Sin embargo, no está claro que existan gradientes tan estables. Papi encontró evidencia de que las palomas anósmicas (incapaces de detectar olores) eran mucho menos capaces de orientarse y navegar que las palomas normales, por lo que el olfato parece ser importante en la navegación de las palomas. Sin embargo, no está claro cómo se utilizan las señales olfativas.
Las señales olfativas pueden ser importantes en el salmón , que se sabe que regresan al río exacto donde nacieron. Lockley informa evidencia experimental de que peces como los pececillos pueden distinguir con precisión la diferencia entre las aguas de diferentes ríos. El salmón puede usar su sentido magnético para navegar al alcance de su río y luego usar el olfato para identificar el río a corta distancia.
Receptores de gravedad
Los estudios de rastreo GPS indican que las anomalías de la gravedad podrían desempeñar un papel en la navegación de las palomas mensajeras.
Otros sentidos
Los biólogos han considerado otros sentidos que pueden contribuir a la navegación animal. Muchos animales marinos, como las focas, son capaces de una recepción hidrodinámica , lo que les permite rastrear y atrapar presas como los peces al detectar las perturbaciones que su paso deja en el agua. Los mamíferos marinos como los delfines y muchas especies de murciélagos son capaces de ecolocalización , que utilizan tanto para detectar presas como para orientarse al detectar su entorno.
Marcaje de camino
El ratón de madera es el primer animal no humano que se observa, tanto en la naturaleza como en condiciones de laboratorio, utilizando puntos de referencia móviles para navegar. Mientras buscan alimento, recogen y distribuyen objetos visualmente llamativos, como hojas y ramitas, que luego utilizan como puntos de referencia durante la exploración, moviendo los marcadores cuando el área ha sido explorada.
Integración de ruta
La navegación a estima , en los animales generalmente conocida como integración de ruta , significa reunir señales de diferentes fuentes sensoriales dentro del cuerpo, sin referencia a puntos de referencia visuales u otros puntos de referencia externos, para estimar la posición relativa a un punto de partida conocido de forma continua mientras se viaja por una ruta que no es necesariamente recto. Visto como un problema de geometría, la tarea consiste en calcular el vector hasta un punto de partida sumando los vectores de cada tramo del viaje desde ese punto.
Desde el libro de Darwin Sobre los orígenes de ciertos instintos (citado anteriormente) en 1873, se ha demostrado que la integración de caminos es importante para la navegación en animales como hormigas, roedores y pájaros. Cuando la visión (y, por lo tanto, el uso de puntos de referencia recordados) no está disponible, como cuando los animales navegan en una noche nublada, en el océano abierto o en áreas relativamente sin características como los desiertos arenosos, la integración de caminos debe depender de señales idiotas desde adentro. el cuerpo.
Los estudios de Wehner en la hormiga del desierto del Sahara ( Cataglyphis bicolor ) demuestran una integración de trayectoria efectiva para determinar el rumbo direccional (por luz polarizada o posición del sol) y para calcular la distancia (monitoreando el movimiento de las piernas o el flujo óptico).
La integración de caminos en los mamíferos hace uso de los órganos vestibulares , que detectan aceleraciones en las tres dimensiones , junto con la eferencia motora , donde el sistema motor le dice al resto del cerebro qué movimientos fueron comandados, y el flujo óptico , donde el sistema visual indica qué tan rápido. el mundo visual pasa más allá de los ojos. La información de otros sentidos como la ecolocalización y la magnetorrecepción también puede integrarse en ciertos animales. El hipocampo es la parte del cerebro que integra el movimiento lineal y angular para codificar la posición relativa de un mamífero en el espacio.
David Redish afirma que "Los experimentos cuidadosamente controlados de Mittelstaedt y Mittelstaedt (1980) y Etienne (1987) han demostrado de manera concluyente que [la integración de la ruta en los mamíferos] es una consecuencia de la integración de señales internas de las señales vestibulares y la copia eferente motora".
Efectos de la actividad humana
Los pesticidas neonicotinoides pueden afectar la capacidad de las abejas para navegar. Las abejas expuestas a niveles bajos de tiametoxam tenían menos probabilidades de regresar a su colonia, hasta un grado suficiente para comprometer la supervivencia de una colonia.
La contaminación lumínica atrae y desorienta a los animales fotófilos, los que siguen a la luz. Por ejemplo, las tortugas marinas recién nacidas siguen la luz brillante, particularmente la luz azulada, alterando su navegación. La navegación interrumpida en las polillas se puede observar fácilmente alrededor de las lámparas brillantes en las noches de verano. Los insectos se reúnen alrededor de estas lámparas a altas densidades en lugar de navegar de forma natural.
Ver también
Notas
Referencias
Fuentes
- Lockley, Ronald M. (1967). Navegación de animales . Pan Books.
- Lockley, Ronald M. (1942). Pardelas . JM Dent.
- Rojizo, A. David (1999). Más allá del mapa cognitivo (PDF) . Prensa del MIT.
- Tinbergen, Nico (1984). Naturalistas curiosos (Ed. Revisada). Prensa de la Universidad de Massachusetts.
- von Frisch, Karl (1953). Las abejas bailarinas . Harcourt, Brace & World.
Otras lecturas
- Gauthreaux, Sidney A. (1980). Migración, Orientación y Navegación Animal . Prensa académica.
- Keeton, William (1972) Efectos de los imanes en la búsqueda de palomas . páginas 579–594 en Orientación y navegación de animales . NASA SP-262.
- Keeton, William (1977) Magnetic Reception (biología). En Enciclopedia de Ciencia y Tecnología , 2ª Ed. McGraw-Hill.
- Keeton, William (1979) Navegación por palomas . páginas 5–20 en Mecanismos neuronales de comportamiento en la paloma . (AM Granda y JH Maxwell, Eds.) Plenum Publishing.
enlaces externos
- Cómo funcionan las cosas: navegación animal
- Universidad de Oldenburg: navegación animal
- National Geographic: Animal Navigation (recursos para profesores)