Znajdź zawartość

Motyle – zarówno te dzienne jaki i nocne, czyli ćmy – to jeden z najbardziej rozpowszechnionych rzędów owadów. Ćmy pojawiły się około 300 milionów lat temu. W 2019 roku dowiedzieliśmy się, że przed około 100 milionami lat grupa nocnych motyli zaczęła latać za dnia, by korzystać z bogatych w nektar kwiatów. Tym samym udowodniono, że nieprawdziwa jest hipoteza, jakoby motyle dzienne pojawiły się już po zagładzie dinozaurów, by uniknąć polujący na ćmy nietoperzy. Dotychczas jednak sądzono, że motyle dzienne po raz pierwszy wyewoluowały w Azji. Teraz okazuje się, że to nieprawda. Akito Kawahara, kurator zbiorów motyli we Florida Museum of Natural History, i jego zespół przeprowadzili analizy genetyczne niemal 2300 gatunków motyli reprezentujących wszystkie rodziny i 92% rodzajów z rzędu Lepidoptera. Stworzyli największe na świecie drzewo genealogiczne motyli i dowiedli, że motyle dzienne po raz pierwszy wzbiły się do lotu w Ameryce Północnej i Środkowej. Żywiły się wówczas roślinami z rodziny bobowatych. To było moje marzenie z dzieciństwa. To coś, co chciałem zrobić od czasu pierwszej wizyty w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej gdy byłem dzieckiem i gdy na drzwiach biura kuratora zobaczyłem drzewo genealogiczne motyli. To jednocześnie najtrudniejsze badania naukowe, w jakich brałem udział. Wymagały one wielkiego wysiłku ze strony ludzi na całym świecie, cieszy się Kawahara. Obecnie istnieje około 19 000 gatunków motyli dziennych. Zrekonstruowanie ich historii na przestrzeni 100 milionów lat było trudnym zadaniem. Wymagało zebrania danych o miejscach występowania poszczególnych gatunków motyli oraz roślin, z których korzystają. Dane takie nie były jednak przechowywane w jednym miejscu, znaczna ich część nie była zdigitalizowana, konieczne było przeszukiwanie publicznie dostępnych baz danych, poszukiwanie książek oraz artykułów naukowych, tłumaczenie ich z różnych języków, przeglądanie zbiorów muzealnych i innych miejsc, w których znajdowały się użyteczne informacje o motylach. Naukowcy przeanalizowali też 11 niezwykle rzadkich skamieniałości motyli, które wykorzystali do kalibracji swojego drzewa genetycznego. Dzięki temu dowiedzieli się np. że motyle dzienne bardzo szybko się różnicowały, jedne grupy pokonywały w toku ewolucji olbrzymie odległości, inne zaś pozostawały w miejscu, mimo, że wokół nich swój bieg zmieniały rzeki, pojawiały się i znikały pasma górskie, przemieszczały się kontynenty. Dzięki olbrzymiej pracy naukowców wiemy, że motyle dzienne pojawiły się po raz pierwszy gdzieś w Ameryce Środkowej i zachodnich częściach Ameryki Północnej. W tym czasie Ameryka Północna była przedzielona szerokim morzem, a Ameryka Północna i Południowa nie były jeszcze połączone. Mimo to motyle były w stanie pokonywać wielkie przestrzenie nad wodami i podbijały świat. Nie zawsze leciały najkrótszą drogą. Mimo że wówczas Ameryka Południowa i Afryka znajdowały się dość blisko siebie, motyle najpierw przeleciały do Azji, na Bliski Wschód i do Afryki Wschodniej. Dotarły nawet do Indii, które wówczas były wyspą. Największym ich wyczynem było zaś dotarcie do Australii, połączonej wówczas z Antarktyką. Oba kontynenty były ostatnią pozostałością Pangei. Nie można wykluczyć, że motyle żyły przez pewien czas w Antarktyce. A przed około 45 milionami lat zjawiły się w Europie. Nie wiadomo, dlaczego zajęło im to tak dużo czasu, ale skutki tej późnej migracji widać do dzisiaj. W Europie, w porównaniu z innymi kontynentami, nie ma zbyt wielu gatunków motyli. A te które są, często występują w innych częściach świata, na przykład na Syberii i w Azji, mówi Kawhara. Gdy już motyle zasiedlały jakiś obszar, szybko się różnicowały w zależności od występujących na nim roślin. Gdy z Ziemi zniknęły dinozaury, istniały już niemal wszystkie współczesne rodziny motyli, a każda z nich była w sposób szczególny powiązana z konkretnymi roślinami. Gdy naukowcy porównali historię ewolucyjną motyli oraz roślin, na których żerują, stwierdzili, że dochodziło tutaj do wspólnej ewolucji. Naukowcy zauważyli, że obecnie 67,7% gatunków motyli to gatunki, które korzystają z jednej rodziny roślin, a 32,3% gatunków korzysta z dwóch lub więcej rodzin. Motyle żywiące się na bobowatych i wiechlinowatych często korzystają tylko z nich. Większość gatunków nie korzysta z roślin z innych rodzin. Bobowate i wiechlinowate są szeroko rozpowszechnione i występują niemal we wszystkich ekosystemach. Wiekszość z nich posiada też potężne chemiczne środki obronne odstraszające owady. Jednak od milionów lat rośliny te pozwalają, by motyle z nich korzystały. Grupa Kawahary zauważyła też, że aż 94,2% gatunków motyli pożywiających się na więcej niż jednej rodzinie roślin, wybiera rośliny blisko spokrewnione. To zaś potwierdza wcześniejsze badania, z których wynikało, że spokrewnione ze sobą motyle żywią się na spokrewnionych ze sobą roślinach. Ewolucja motyli i roślin okrytonasiennych jest ze sobą nierozerwalnie związana od samych początków istnienia tych roślin, a bliskie związki pomiędzy tymi organizmami doprowadziły do pojawienia się wspaniałej różnorodności i roślin, i zwierząt, dodaje profesor Pamela Soltiz z Florida Museum. « powrót do artykułu

Naukowcy z University of Washington stworzyli Smellicopter, autonomicznego drona, który wykorzystuje czułki ćmy do nawigowania w stronę źródła zapachu. Takie drony mogłyby dostać się w miejsca niedostępne lub niebezpieczne, lokalizując wyciek gazu, ofiary katastrof, materiały wybuchowe itp. Stworzone przez człowieka czujniki zapachu nie mają najmniejszych szans z naturą, mówi główna autorka badań, doktorantka Melanie Anderson. Dzięki wykorzystaniu w Smellicopterze prawdziwych czułków ćmy mogliśmy skorzystać zarówno z olbrzymiej czułości organizmów naturalnych, jak i z robotycznej platformy, której pracę możemy kontrolować. Komórki w czułkach ćmy wzmacniają sygnały zapachowe. Ćma ma bardzo wydajny mechanizm, pojedyncza molekuła może wywołać reakcję licznych komórek. To niezwykle wydajny, precyzyjny i szybki proces, dodaje profesor Thomas Daniel, promotor Anderson. Naukowcy wykorzystali czułki zawisaka tytoniowego (Manduca sexta). Zwierzęta były usypiane w zamrażarce przed odcięciem czułków. Po usunięciu czułki działały przez cztery godziny, a czas ten można wydłużyć utrzymując je w niskiej temperaturze. Do czułków dołączono okablowanie podłączone do obwodu elektrycznego. W ten sposób można było mierzyć uśredniony sygnał przekazywany przez wszystkie komórki czułków. Takie urządzenie porównano z wydajnością całkowicie sztucznego czujnika zapachów. Okazało się, że ten przygotowany na potrzeby Smellicoptera działa znacznie szybciej. Podstawą do zbudowania Smellicopetera był niewielki opensource'owy dron z czterema wirnikami, do którego użytkownik może dodawać nowe elementy. Uczeni wyposażyli go w dwa dodatkowe stateczniki, dzięki którym był ciągle skierowany pod wiatr. Z robotycznego punktu widzenia, to genialne rozwiązanie. Klasyczne podejście do robotyki zakłada dodawanie kolejnych czujników i ewentualnie stworzenie wymyślnego algorytmu lub maszynowego uczenia się do wyczuwania kierunku wiatru. A tu okazuje się, że wystarczy dodać stateczniki, stwierdza współautor badań profesor Sawyer Fuller. Również sposób pracy Smellicoptera jest bardzo prosty. Naukowcy określają tylko pewien zakres sygnałów, których ma poszukiwać. Wypuszczony z ręki dron najpierw leci w lewo na określoną odległość. Jeśli jego drogi nie przetnie żaden zapach mieszczący się w zakresie, zawraca i leci w prawo. Gdy zaś trafi na zapach, leci w jego kierunku. Dzięki czterem czujnikom na podczerwień, z których każdy próbkuje otoczenie 10 razy na sekundę, dron potrafi omijać przeszkody. Ponadto Smellicopter nie korzysta z GPS-a a z niewielkiej kamery. Widzi więc otoczenie, dzięki czemu może pracować w pomieszczeniach, pod ziemią czy w rurociągach. W czasie testów naukowcy wykorzystali fakt, że czułki ćmy w sposób naturalny są wrażliwe na zapachy kwiatów. Jednak naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości uda się całość dostroić do innych zapachów, jak np. dwutlenek węgla wydychany przez osobę uwięzioną pod gruzami czy sygnatury chemiczne środków wybuchowych. Odnajdowanie źródła zapachu to idealne zadanie dla niewielkich dronów. Duże urządzenia są w stanie zabrać na pokład całą masę czujników i za ich pomocą budować mapę otoczenia. W małej skali tego nie robimy. Jedyne, czego potrzebujemy, by odnaleźć źródło zapachu to możliwość ustawienia się w jego kierunku i omijania przeszkód. Nie musimy mieć do tego zaawansowanych czujników. Wystarczy czujnik zapachu. A Smellicopter jest w tym naprawdę dobry, mówi Fuller. « powrót do artykułu