The dung beetle wind compass: a structural and behavioural study
(2020) MOBN03 20192Degree Projects in Molecular Biology
- Abstract
- Once the South African dung beetle Kheper lamarcki has constructed its ball of dung, it strives to escape the competition at the dung pile and locate soft ground to dig down. The most efficient way to do this is to move away along a straight path. One way to achieve this is by using celestial cues as orientation references. However, when these cues fail to provide sufficient directional information, other means must be employed. One alternative strategy is to utilise a wind compass. In this study, I demonstrate that ball-rolling beetles have this ability, with a lower threshold below 0.5 m/s. When presented a light cue in zenith and a wind cue in combination, orientation precision increases with increasing wind velocity. Additionally, I... (More)
- Once the South African dung beetle Kheper lamarcki has constructed its ball of dung, it strives to escape the competition at the dung pile and locate soft ground to dig down. The most efficient way to do this is to move away along a straight path. One way to achieve this is by using celestial cues as orientation references. However, when these cues fail to provide sufficient directional information, other means must be employed. One alternative strategy is to utilise a wind compass. In this study, I demonstrate that ball-rolling beetles have this ability, with a lower threshold below 0.5 m/s. When presented a light cue in zenith and a wind cue in combination, orientation precision increases with increasing wind velocity. Additionally, I reveal the existence of a chordotonal Johnston’s organ within K. lamarcki antennae, suggesting that this is where the wind compass sensor can be found. Moreover, I show that when there is a conflict between the directions given by the sun and wind compasses, the beetles will under some circumstances follow the compass with the most reliable input; at a 45° solar elevation the sun compass is used and at an 86° solar elevation the wind compass is used. At an 82° elevation, there are indications of an equal weighting of cues. Finally, I also demonstrate that the nocturnal Scarabaeus satyrus can use wind as an orientation cue in a controlled setting. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Vind, sol och en hel del dynga
Innan den sydafrikanska dyngbaggen Kheper lamarcki kan kasta sig över sin gourmetmåltid måste den ta sig bort från dynghögen och den hastigt ökande konkurrensen. Det mest effektiva sättet att åstadkomma detta på är att backa i en rak linje. Hur lyckas man med detta om man är en dyngbagge? Studier har visat att dessa baggar har förmågan att utnyttja himlavalvets olika komponenter, bland annat solen, månen och stjärnorna, för att rikta deras inbyggda kompasser. När dessa stimuli inte bidrar med pålitlig information kan baggarna istället vända sig till vinden. Syftet med detta projekt var att utforska dyngbaggens vindkompass: hur olika vindstyrkor påverkar orienteringsprecision, hur dyngbaggarna svarar på en... (More) - Vind, sol och en hel del dynga
Innan den sydafrikanska dyngbaggen Kheper lamarcki kan kasta sig över sin gourmetmåltid måste den ta sig bort från dynghögen och den hastigt ökande konkurrensen. Det mest effektiva sättet att åstadkomma detta på är att backa i en rak linje. Hur lyckas man med detta om man är en dyngbagge? Studier har visat att dessa baggar har förmågan att utnyttja himlavalvets olika komponenter, bland annat solen, månen och stjärnorna, för att rikta deras inbyggda kompasser. När dessa stimuli inte bidrar med pålitlig information kan baggarna istället vända sig till vinden. Syftet med detta projekt var att utforska dyngbaggens vindkompass: hur olika vindstyrkor påverkar orienteringsprecision, hur dyngbaggarna svarar på en konflikt mellan riktningarna dikterade av solen och vinden, samt att utforska om vindorientering kan påvisas hos den nattaktiva dyngbaggen Scarabaeus satyrus. Alla experiment utfördes under en artificiell himmel med gröna LED-lampor som simulerade solen eller månen vid olika höjder från horisonten. Vinden genererades med hjälp av fläktar.
Antennernas roll i vinddetektion och vindkompassens precision
Hittills har det inte funnits mycket kunskap kring vilket sinnesorgan som används av dyngbaggar för att känna av vinden. I denna studie visar vi att det troligen är Johnstons organ. Detta finns i antennerna och är ett stretchreceptororgan som är förknippat med vinddetektion i flera grupper av insekter (Figur 1). Utöver detta visade beteendeförsök, där dyngbaggarna fick orientera med olika vindhastigheter, att deras precision ökade med ökande vindstyrka. Ute på den afrikanska savannen når vindhastigheten och baggarnas dagliga aktivitet sina maximum ungefär samtidigt. Det är därför rimligt att de är mer känsliga för högre hastigheter. Vid låga vindhastigheter (0.5 och 0.8 m/s) tenderade baggarna att rulla ifrån vindflödet (negativ anemotaxis), vid medelstarka vindar (1.0, 1.5, 1.9 och 2.5 m/s) fann vi ingen preferens (anemomenotaxis), och vid höga vindhastigheter (3.0 och 4.0 m/s) fanns det en tendens att rulla in i vinden (positiv anemotaxis). Liknande försök utfördes med den nattaktiva Scarabaeus satyrus och resultaten tydde på att baggarna kunde orientera med hjälp av vinden i en artificiell miljö.
Samarbetet mellan vind-och solkompasserna
Dyngbaggar besitter både en vindkompass och en solkompass. Vilken som används beror bland annat på den rådande pålitligheten hos de stimuli som är tillgängliga. Vad händer om informationen till de två kompasserna sätts i konflikt? Detta testade vi genom att presentera baggarna med sol-och vindstimuli samtidigt. När solen står 45° från horisonten används solkompassen exklusivt. Däremot, när solen står 86° från horisonten och har förlorat mycket av sin pålitlighet, vänder dyngbaggen sig till sin vindkompass. Vid en solhöjd på 82° fann vi indikationer att baggarna väger båda stimuli lika och att de väljer en intermediär kurs. Dock behövs mer data innan fler slutsatser kan dras.
Mastersexamensprojekt i Molekylärbiologi 60 hp, 2020
Biologiska institutionen, Lunds Universitet
Handledare: Marie Dacke
Syngruppen (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9016287
- author
- Shaverdian, Shahrzad
- supervisor
-
- Marie Dacke LU
- organization
- course
- MOBN03 20192
- year
- 2020
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9016287
- date added to LUP
- 2020-06-11 10:56:09
- date last changed
- 2020-06-11 10:56:09
@misc{9016287,
abstract = {{Once the South African dung beetle Kheper lamarcki has constructed its ball of dung, it strives to escape the competition at the dung pile and locate soft ground to dig down. The most efficient way to do this is to move away along a straight path. One way to achieve this is by using celestial cues as orientation references. However, when these cues fail to provide sufficient directional information, other means must be employed. One alternative strategy is to utilise a wind compass. In this study, I demonstrate that ball-rolling beetles have this ability, with a lower threshold below 0.5 m/s. When presented a light cue in zenith and a wind cue in combination, orientation precision increases with increasing wind velocity. Additionally, I reveal the existence of a chordotonal Johnston’s organ within K. lamarcki antennae, suggesting that this is where the wind compass sensor can be found. Moreover, I show that when there is a conflict between the directions given by the sun and wind compasses, the beetles will under some circumstances follow the compass with the most reliable input; at a 45° solar elevation the sun compass is used and at an 86° solar elevation the wind compass is used. At an 82° elevation, there are indications of an equal weighting of cues. Finally, I also demonstrate that the nocturnal Scarabaeus satyrus can use wind as an orientation cue in a controlled setting.}},
author = {{Shaverdian, Shahrzad}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{The dung beetle wind compass: a structural and behavioural study}},
year = {{2020}},
}