d:ekofiziologija06 orijentacija i...

Design by Zoran Tadić

Opcije za preživjeti vrlo dugu i hladnu zimu:

! Ostati aktivan þ dovoljna termička izolacija, dovoljnerezerve energije i izdržljivost u natjecanju za neki izvorhrane (polarna lisica, carski pingvin)

! Izdržati dugi vremenski period na istom mjestu, ali ustanju smanjene metaboličke aktivnosti þ smanjenjetjelesne temperature, kretanja i mnogih drugih fiziološkihfunkcija na minimum (bezkralježnjaci, ribe, vodozemci,gmazovi, ptice, sisavci)

! Otići na neko drugo mjesto þ dovoljna mobilnost isposobnost orijentacije (neki sisavci, ptice)

Migracije kukaca: Skakavci selci

Locusta migratoria


Dannaus plexippus

Migracije kukaca: Leptiri monarsi 1


Migracije kukaca: Leptiri monarsi 2


Reppert S. M., de Roode J. C. (2018) Demistifying monarch butterfly migration. Curr. Biol. 28: R10009-R1022

Anguilla anguilla

Leptocephalus

Migracije Riba: Jegulje


Migracija leptocephalusa


Johannes Schmidt(1877-1933)

Schmidt J. (1922) The breeding places of the eel. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 211: 179-211

Schmidt J. (1923) Breeding places and migration of the eel. Nature 111: 51-54

Oncorhynchus sp.

Migracija riba: Lososi


Migracija sisavaca: Grbavi kitovi

Megaptera novaeangliae


Ljetno područje hranjenjaZimsko područje parenja

Migracija sisavaca: Grbavi kitovi


Connochaetes taurinus

Migracija sisavaca: Gnuovi


Ekstremne migracije: Albatros lutalica

Diomedea exulans


Sterna paradisaea

Ekstremne migracije: Arktička čigra


Migracijski putevi arktičke čigre


Ljetno područjeLjetno područje

Zimsko područje

Strategija Opis i izvor informacija

Slijeđenje traga, učenje puta Kontinuirane oznake na putu,orijentiri

Pilotiranje Orijentiri (nekontinuirani)

Integracija puta Integracija informacija smjera iudaljenosti

Orijentacija po kompasu Celestijalna i/ili geomagnetskainformacija, naučena ili urođena

Orijentacija po kompasu i karti Kompasne informacije, orijentiriili mape temeljene nagradijentima

Načini migracija kod životinja


Start

Cilj

X

150 km istočnood cilja

Prebacivanje 150 km na istok

Normalnitok puta

Tokputa

Migracija korištenjem isključivo kompasa


Migracija korištenjem kompasa i karte(prava navigacija)

Start

Cilj

Prebacivanje 150 km na istok

Normalnitok puta

X

Korigiranitok puta


10:03

12:31

11:0410:38

10:56

11:31

12:05

Uloga vidnih orijentira


J

S S S

J J

I I I

Z Z Z

Istok Zapad

Sjever

Jug

Izlazak sunca Zalazak sunca

6:007:008:00

9:0010:00

11:00 12:00

ZapadIstok

Sjever

Jug

Izlazak suncaZalazak sunca8:00

9:0010:00

11:00 12:00

Ljeto Zima

Sunčev kompas: Kretanje sunca po nebu


9 sati

45o

15 sati

45o

Uvjeti: prirodno nebo i neometan biološki sat

Ovo vam je sunce

Sunčev kompas trebabiološki sat!


15 sati

45o

Uvjeti: prirodno nebo i biološki sat pomaknut 6 sati unatrag

90o

Palmer J. D. (1966) How a bird can tell the time of day. Nat. Hist. 75: 48 - 53

I ovo vam je sunce


Hrana udaljena manje od 75 m od košnice Hrana udaljena više od 75 m od košnice

Pčelinji “ples”


1

2 3

1

2

3

Ovo vam je sunce

80E80E

Košnica

Kako pčele koriste sunce za orijentaciju?


Sjever IstokZapad

Kapela

Vega

Sjevernjača

Kasiopeja

Veliki medvjed

Mali medvjed

Zvjezdani kompas


M i g r a c i j s k i k a v e z i u p l a n e t a r i j u

Zvjezdani kompas: Pokusi S. Emlena

Design by Zoran TadićJastučić natopljen tušem

S S

S S

J J

J J

Z Z

Z Z

I I

I I

Normalno Okrenuto za 180o

Manipulacija smjerom migracije u planetariju


Emlen S. T. (1967) Migratoryorientation in the indigobunting, Passerina cyanea.Part I: Evidence for use ofcelestial cues. Auk 84: 309-342

Emlen S. T. (1967) Migratoryorientation in the indigobunting, Passerina cyanea.Part II: Mechanisms ofcelestial orientation. Auk 84:463-489

Emlen S. T. (1970) Celestialrotation: its importance in thedevelopment of migratoryorientation. Science 170:1198-1201

Rotacijski sjever u prvoj godini(Sjevernjača)

Rotacijski sjever u prvoj godini(Betel)

Test orijentacije pod rotirajućim (uzgoj) istacionarnim (pokus) nebom u planetariju


Able K. P., Bingman V. P (1987) The development of orientation and navigation behavior in birds. Quart. Rev. Biol. 62: 1-29

90o

Sunce

Promatrač

Izravan putzraka

Odbijanjezraka odatmosfere

Nepolariziranasvjetlost

Polariziranasvjetlost

Postanak polarizirane svjetlosti u atmosferi


Sunce na horizontu (zora) Sunce pod kutem 45E(oko 9 sati)

Sunce u zenitu (podne)

Položaj e-vektora na nebu

Smjer ravnine polarizacijeDesign by Zoran Tadić

Zenit

Nadir

Zenit

Nadir

Cataglyphis fortis

Hrana

Mravinjakmm

Premještaj

Integracija puta kod pustinjskih mrava


Collett, T. S., and J. Zeil. 1998. Places andlandmarks: An arthropod perspective. In: S.Healy (ed.), Spatial Representation inAnimals, pp. 18-53. Oxford UniversityPress, Oxford, UK, ISBN 9780198500070

Geografski ekvator

Rotacijski polMagnetski pol

Deklinacija

Inklinacija

Geografski ekvator

Značajke zemljinog magnetskog polja


Polaritet

Wiltschko W., Wiltschko R. (1996) Magnetic orientation in birds. J. Exp. Biol. 199: 29-38

Jakost zemljinog magnetskog polja 1180EW 120EW 60EW 0E 60EE 120EE 180EE

60EN

30EN

0E

30ES

60ES


Jakost zemljinog magnetskog polja 2 (2020. godina)

Design by Zoran Tadić http://www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html

He

Hh

Hvg

"p"mN

"e"mS

Vektori zemljinog magnetskog polja (gledani sazapada) i . . .

He - vektor magnetskog poljaHv - okomita komponenta m. p.Hh - vodoravna komponenta m. p."p" - pogled prema polu"e" - pogled prema ekvatorumN - magnetski sjeverni polmS - magnetski južni pol


Wiltschko R., Wiltschko W. 2015. Avian Navigation: ACombination of Innate and Learned Mechanisms. In: M. Naguib(ed.) "Advances in the Study of Behavior Vol. 47", pp 229-310,Elsevier, Amsterdam, NL, ISSN 0065-3454

kako njime manipulirati

He

Hh

Hv

"p"mN

"e"mS

g

"e"mN

"p"mS

Hhg

He

Okretanje vodoravnekomponente

Okretanje okomitekomponente


Hv


Marhold S., Burda H., Wiltschko W. (1997) Amagnetic polarity compass for direction findingin a subterranean mammal.Naturwissenschaften 84: 421-423

Fukomys amatus

Lokalno magnetsko polje Vodoravna komponentazakrenuta za 90E

Okomita komponentazakrenuta za 90E

Kompas utemeljen na polarnosti magnetskog polja

Golubinjak Golubinjak

Normalno magnetsko poljeMagnetsko poljeokrenuto za 180o


Walcott, C., Green R. P. (1974)Orientation of homing pigeonsaltered by a change in thedirection of an applied magneticfield. Science 184: 180-182

Djelovanje helmholtz-ovih zavojnicana magnetsku navigaciju

Iron Mine Hill, RI Worchester, MA

Golubinjak

Golubinjak

Magnetske anomalije uprirodi i migracije ptica


Gould, J. L. (1980) The case for magnetic sensitivity in birds and bees (such as it is). Am. Sci. 68: 256-267.

Wagner G. (1983) Natural geomagnetic anomalies and homing in pigeons. Comp.Biochem. Physiol. A 76: 691-700

Kako ptice (možda) osjećaju zemljino magnetskopolje?

! Kristali magnetita (Fe3O4) - u korijenu kljuna (napr. golubovi).

! Fotoreceptori u očima - model parova radikala;funkcionira samo pri svjetlosti određene valneduljine.


Oko

LećaMrežnica

Vidni živac

ČunjićŠtapić Horizontalne stanice

Bipolarne staniceAmakrine stanice

Ganglijske stanice

Vidniživac

Štapićdisk

diskVanjskisegment

Unutarnjisegment

Unutarnjisegment

Membrana

Kriptokrom

Membranadiska

Rodopsin

Kriptokrom

Smještaj "magnetoreceptora" u očima


Solov'yov I. A., Mouritsen H.,Schulten K. (2010) Acuity of acryptochrome and vision-basedmagnetoreception in birds. Biophys.J. 99: 40-49

Eritachus rubecula

Singlet Triplet

Molekulekriptokroma

Diskovi uštapićuMrežnica

Radikaliflavina i

triptofana

Talamus(vidni dio)

Skupina N(prednjimozak)

?

Zemljinomagnetskopolje

Živčani putevi okularne magnetorecepcije

Talamofugalnividni put


Kriptokrom?

Mouritsen H., Hore P. J. (2012) The magnetic retina: Light-dependent and trigeminal magnetoreception in migratory birds.Curr. Opin. Neurobiol. 22: 343-352

Magnetospirillum magnetotacticum

1 µm

Dendrit sa magnetskom osjetilnom jedinicom

Makrofag

Spoj naostatak

neurona

Zrncamagnetita

VakuolaDifuzna plava bojacitoplazme:maghemitne pločice

Siderosomisa feritinom Jezgra

Difuzna plava bojacitoplazme: granuleferitina

Šestodređenihmjesta

Difuzniraspored

Čemu služe strukture sa željezom u kljunu ptica?


Mouritsen H., 2013. Themagnetic senses. In: Galizia,C.G., Lledo, P.- M. (Eds.),Neurosciences - From Moleculeto Behavior: A UniversityTextbook. pp. 427-443,Springer-Verlag Berlin, D, ISSN9783642107689

Treiber C. D., Salzer M. C., Riegler J., Edelman N., SugarC., Breuss M., Pichler P.,Cadiou H., Saunders M. (2012) Clusters of iron-rich cells in theupper beak of pigeons aremacrophages notmagnetosensitive neurons.Nature 484: 367-370

Engels S., Treiber C. D., Salzer M. C., Michalik A., Ushakova L.,Keays D. A., Mouritsen H.,Heyers D. (2018). Lidocaine is anocebo treatment fortrigeminally mediated magneticorientation in birds. J. R. Soc.Interface 15: 20180124


Gornjipolukružni

kanalić

Bočnipolukružni

kanalićStražnji

polukružnikanalićLagena

macula

Bazilarna papila

Utrikularnamakula

Sakularnamakula

OtolitiCaCO3

Želatinoznisloj

Stanice sdlačicama

Unutarnjeuho goluba

Lagena macula

Preklopnamembrana

Stanice sdlačicama

Bazilarna papila

Pužničkikanal

Lagena Bazilarna papila

Utrikul Sakul

10m 10m

10m10m

Kutikulosomi

Čemu služe kutikulosomi u unutarnjem uhu?

Lauwers M., Pichler P., Edelman N. B., Resch G. P.,Ushakova L., Salzer M. C., Heyers D., Saunders M.,Shaw J. (2013). An iron-rich organelle in the cuticularplate of avian hair cells. Curr. Biol. 23: 924-929

Jandacka P., Burda H., Pistora J. (2015)Magnetically induced behaviour of ferritin corpusclesin avian ears: Can cuticulosomes function asmagnetosomes? J. R. Soc. Interface 12: 20141087

Crvendać(Erithacus rubecula)

Crnokapa grmuša(Sylvia atricapilla)

Modri batač(Passerina cyanea)

Crnoglava muharica(Ficedula hypoleuca)

Siva grmuša (Sylvia borin)

Prerijski strnadar(Passerculus sandwichensis)

Kako znamo? - neki od "igrača"


Razvoj dva čimbenika potrebnih za migraciju

! Dobiti osjećaj o smjeru - urođeni osjećaj (npr. smjer“jugozapad”)

! Naći taj smjer pomoću kompasa - pretvoriti ga uinformaciju “tuda” ili “tamo”


Zanimljiva saznanja: Iskusni vs. neiskusni migranti

Sturnus vulgaris


Perdeck A. C. (1958) Two types of orientation in migrating Sturnusvulgaris and Fringilla coelebs, as revealed by displacementexperiments. Ardea 46: 1-37

Genéve

Haag

Zürich

Sylvia borin

"Leti određeno vrijeme ujednom, a zatim određenovrijeme u drugom smjeru"


Tipični način migracije, "zapisan"u genima . . .

Gwinner E., Wiltschko W. (1978) Endogenously controlledchanges in the migratory direction of the garden warbler, Sylviaborin. J. Comp. Physiol. 125: 267-273

Frankfurt am Main

Simulirano geomagnetsko polje tijekom migracije

Sjeverna Afrikakolovoz - sredina listopada

sredina listopada - početak studenog

Frankfurt am Main

Frankfurt am MainSjeverna Afrika

Prirodno geomagnetsko polješto se vidi i iz pokusa, ali . . .


Beck W., Wiltschko W., 1988, Magnetic factors control the migratory direction of pied flycatchers (Ficedula hypoleuca Pallas). In: Ouellet H.(Ed.) Acta XIX Congr. Int. Ornithol. Vol II. pp. 1955-1962, University of Ottawa Press, Ottawa, CA

Uzgojni odn. predmigracijski uvjeti:Geomagnetsko polje i

rotirajuće zvjezdano neboSamo geomagnetsko

poljeSamo rotirajućezvjezdano nebo

im za normalnu navigaciju trebaju i celestijalniorijentiri odn. celestijalna komponenta


Pokusni odn. migracijski uvjeti:Samo geomagnetsko

poljeStacionarno zvjezdano

neboStacionarno zvjezdano

nebo

Weindler P., Wiltschko R., Wiltschko W. (1996) Magnetic information affects the stellar orientation of youngbird migrants. Nature 383: 158-160

Wiltschko W., Daum-Benz P., Fergenbauer-Kimmel A., Wiltschko R. (1987) The development of the starcompass in garden warblers, Sylvia borin. Ethology 74: 285-292

Smjer migracijepo kompasu

Informacija o smjeruzapisana u genima

Informacijao smjeru

Skretanje smjeraovisno o

populaciji

Celestijalnaorijentacija

Geomagnetskopolje


(Moguće) interakcije različitih kompasa pri migraciji

Wiltschko W., Wiltschko R., Munro U., FordH. (1998) Magnetic versus celestial cues:cue-conflict experiments with migratingsilvereyes at dusk. J. Comp. Physiol. 182:521-529

Bijela roda (Ciconia ciconia)

Nove tehnologije: Migracija bijele rode 1

PrincessDesign by Zoran Tadić

Iznenađujući rezultati: Migracija bijele rode 2



StartCilj

Velika udaljenost

Srednjaudaljenost

Velika udaljenost:Magnetski i celestijalnikompas, veliki orijentiri(npr. planine, obale).

Srednja udaljenost:Magnetski i celestijalnikompas, ali i regionalniorijentiri npr. gradijentimirisa i zvuka, magnetskeanomalije, vidni orijentiri.

Vrlo blizu cilja: Specifičnilokalni orijentiri npr.raspoed drveća, kuća,specifični izvori mirisa,specifični mirisni ili zvučnigradijenti.

Rupa za gniježđenje

(Vjerojatna) orijenacija ptica na velikimudaljenostimaMouritsen H. (2018) Long-distance navigation and

magnetoreception in migratoryanimals. Nature 558: 50 - 59

Magnetska orijentacija morskih kornjača


Zemljino magnetsko poljeSjever

Jug

Zapad Istok

Okrenuto magnetsko polje

Jug

Sjever

Istok Zapad


Lohmann K. J., Lohmann C. M. F. (1994). Detection of magnetic inclination angle bysea turtles: A possible mechanism for determining latitude. J. Exp. Biol. 194: 23-32

Chelonia mydas

Postoji li magnetska karta kod morskih kornjača?


Lohmann K. J., Cain S. D., Dodge S. A., Lohmann C. M.F. (2001) Regional magnetic fields as navigationalmarkers for sea turtles. Science 294: 364-366

Lohmann K. J., Lohmann C. M. F., Putman N. F. (2007)Magnetic maps in animals: Nature’s GPS. J. Exp. Biol.210: 3697-3705

Oncorhynchus nerka

Mirisna orijentacija lososa


-fenetilalkohol

Morfolin

Kontrola

PEA

MOR

Puštanje

Povratak

Povratak

Mirisna navigacija lososa: Pokusi A. Haslera


d:ekofiziologija06 orijentacija i...

Documents