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동물항법

Animal navigation
Manx 전단지는 방류되었을 때 곧장 집으로 날아갈 수 있고, 육지나 바다 위를 수천 마일을 항해할 수 있다.

동물 항해는 많은 동물들이 지도나 악기 없이도 길을 정확하게 찾을 수 있는 능력이다.북극제비갈매기와 같은 새, 왕나비 같은 곤충과 연어와 같은 물고기는 정기적으로 수천 마일을 번식지로 이동하며,[1] 다른 많은 종들은 더 짧은 거리를 효과적으로 항해한다.

자신의 속도와 방향에 대한 정보만을 사용하여 알려진 위치에서 항행하는 데드카운팅은 1873년 찰스 다윈에 의해 가능한 메커니즘으로 제안되었다.20세기에, Karl von Frisch는 꿀벌이 태양, 푸른 하늘의 양극화 패턴, 그리고 지구의 자기장으로 항해할 수 있다는 것을 보여주었다; 이것들 중, 그들은 가능할 때 태양에 의존한다.윌리엄 틴슬리 키튼은 비둘기들이 비슷하게 태양, 지구 자기장, 후각, 시각을 포함한 다양한 항법 신호를 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.로널드 록리는 작은 바다새인 Manx 전단수가 방향을 잡고 태양이나 별들 중 하나를 볼 수 있다면 집에서 멀리 방류되었을 때 전속력으로 집으로 날아갈 수 있다는 것을 증명했다.

몇몇 종의 동물들은 방향을 잡고 효과적으로 항해를 하기 위해 다른 종류의 신호를 통합할 수 있다.곤충과 새는 학습된 랜드마크와 감지된 방향(지구의 자기장 또는 하늘에서)을 결합하여 그들이 어디에 있는지 등을 파악할 수 있다.내부 '맵'은 시력을 이용해 형성되는 경우가 많지만, 후각과 초음파 위치 등 다른 감각들도 사용할 수 있다.

야생동물의 항해 능력은 인간 활동의 산물에 의해 악영향을 받을 수 있다.예를 들어, 살충제가 벌의 항해를 방해할 수 있고, 빛이 거북이의 항해를 해칠 수 있다는 증거가 있다.

초기연구

Karl von Frisch(1953)는 꿀벌 일꾼들이 항해를 할 수 있고, 다른 일꾼들에게 음식으로 가는 범위와 방향을 흔드는 춤으로 표시한다는 것을 발견했다.

1873년 찰스 다윈은 네이처 잡지에 편지를 써서, 비록 자기적인 '나침함' 감각과 별을 따라 항해할 수 있는 능력이 존재하더라도 인간을 포함한 동물들은 죽은 계산을 통해 항해할 수 있는 능력을 가지고 있다고 주장했다.[2]

동물들이 먼 거리에서 집으로 돌아가는 수단의 문제와 관련하여, 인간과 관련된 놀라운 설명은 본 랑겔의 북시베리아 탐험대 영문 번역본에서 찾을 수 있을 것이다.[a]그는 그곳에서 토착민들이 험모크 같은 얼음을 통해 먼 거리를 지나다니면서 특정한 곳을 향해 진로를 유지하며 끊임없이 방향을 바꾸고 하늘이나 얼어붙은 바다 위에서 아무런 길잡이가 없는 멋진 모습을 묘사하고 있다.그는 (그러나 나는 수년간의 기억으로만 인용한다) 경험이 많은 조사관인 그가 나침반을 사용하면서 이러한 야만인들이 쉽게 초래한 것을 하지 못했다고 말한다.그러나 아무도 그들이 우리에게 전혀 없는 특별한 감각을 가지고 있다고 생각하지 않을 것이다.우리는 나침반, 북극성, 그 밖의 어떤 징후도 일탈이 허용되지 않거나 일종의 "죽음의 계산"이 지켜지지 않는 한, 직선 코스에서 많은 일탈이 불가피할 때, 복잡한 국가나 혹독한 얼음을 통해 사람을 특정 장소로 안내하기에 충분치 않다는 것을 명심해야 한다.모든 남자들은 어느 정도까지는 이것을 할 수 있고, 시베리아 원주민들은 아마 무의식적으로나마 놀라운 정도까지 할 수 있을 것이다.이것은 주로 시력에 의해, 의심의 여지 없이 영향을 받지만, 부분적으로, 아마도, 눈을 멀게 한 사람이 거의 직선으로 짧은 거리를 진행하거나(그리고 어떤 남자들은 다른 사람들보다 훨씬 더 잘), 직각으로, 또는 다시 뒤로 돌릴 수 있는 것과 같은 방식으로, 근육의 움직임의 감각에 의해 영향을 받을지도 모른다.아주 늙고 허약한 사람에게 갑자기 방향감이 흐트러지는 방식, 그리고 내가 알기로는 전혀 예상치 못한 잘못된 방향으로 진행되어 온 것을 갑자기 알게 되었을 때 사람들이 겪었던 강한 괴로움의 느낌은 b의 일부에 대한 의심을 낳게 한다.비는 방향의 기능을 위해 특화된다.

이후 1873년 조셉 존[b] 머피는 다윈에게 답신하면서 어떻게 동물들이 죽은 계산을 수행했다고 믿었는지에 대한 설명과 함께 자연에 답장을 보냈다.[3]

공이 철도의 지붕에서 자유롭게 매달려 있으면, 그것은 그것을 움직이기에 충분한 충격을 받을 것이다: 그리고 충격의 크기와 방향은 캐리지가 움직이기 시작하는 힘의 크기와 방향에 따라 달라진다 … [그래서] … 캐리지의 모든 변화 …공에 해당하는 크기와 방향의 충격을 줄 것이다.이제, 이러한 메커니즘의 섬세함은 기대할 수 없지만, 기계가 건설되어야 한다는 것은 충분히 가능한 일이며... 이러한 모든 충격의 규모와 방향을 등록하기 위해 … 각 충격의 발생 시간과 …이 이들 데이터로부터 … 운송장치의 위치가 언제라도 계산될 수 있다.

카를 폰 프리슈 (1886–1982)는 벌들이 원하는 나침반 방향을 태양, 푸른 하늘의 양극화 패턴, 지구 자기장의 세 가지 다른 방법으로 인식할 수 있다는 것을 증명하면서 유럽의 꿀벌을 연구했다.그는 태양이 선호되거나 주된 나침반이라는 것을 보여주었다; 다른 메커니즘은 흐린 하늘이나 어두운 벌집 안에서 사용된다.[4]

윌리엄 틴슬리 키튼(1933~1980)은 귀성비둘기를 연구해 후각과 시각 신호는 물론 지구 자기장, 태양을 이용해 항해할 수 있음을 보여줬다.[5]

도날드 그리핀(1915~2003)은 박쥐의 초음파 위치추적법을 연구해 박쥐가 이 메커니즘을 이용해 먹이를 탐지하고 추적하고, 먹이를 "보고" 따라서 그들을 둘러싼 세계를 항해한다는 것을 증명했다.[6]

로널드 록리(1903-2000년)는 50여 권의 책에 실린 새에 대한 많은 연구 중 조류이동의 과학을 개척했다.그는 스코크홀름의 외딴 섬에 살고 있는 맨크스 전단수 같은 전단지에 대해 12년 동안 연구했다.[7]이 작은 바닷새들은 1만 킬로미터라는 어떤 새보다도 긴 이동거리 중 하나이지만 매년 스코크홀름에 있는 정확한 보금자리로 돌아온다.이러한 행동은 그들이 어떻게 항해했는가에 대한 문제로 이어졌다.[8]

메커니즘

Lockley는 다음과 같은 말로 그의 책 Animal Navigation을 시작했다.[9]

동물들은 어떻게 겉보기에는 추적할 수 없는 나라, 길 없는 숲, 텅 빈 사막, 특징 없는 바다 위와 아래에서 길을 찾을 수 있을까?물론 그들은 눈에 보이는 나침반, 섹스턴트, 크로노미터, 차트 없이 그렇게 한다...

동물 항해를 위한 많은 메커니즘이 제안되었다: 그것들 중 많은 것에 대한 증거가 있다.수사관들은 종종 가장 단순한 가설을 버려야만 했다 - 예를 들어, 어떤 동물들은 태양, 달, 별과 같은 명소나 천체 단서들이 보이지 않는 어둡고 흐린 밤에 항해할 수 있다.알려져 있거나 가설이 있는 주요 메커니즘은 아래에 차례대로 설명되어 있다.

기억되는 랜드마크

포유류, 새, 벌, 말벌과 같은 곤충(암모필라, 스파헥스)[10]을 포함한 동물들은 그들의 환경에서 랜드마크를 배울 수 있고, 이것을 항해에 사용할 수 있다.[11]

태양에 의한 방향

주요 기사:동물의 태양 컴퍼스
모래 호퍼 탈리트루스 염화기는 태양과 그것의 내부 시계를 사용하여 방향을 결정한다.

어떤 동물들은 태양의 위치와 같은 천체 신호를 이용하여 항해할 수 있다.태양이 하늘에서 움직이기 때문에, 이 수단에 의한 항해에도 내부 시계가 필요하다.많은 동물들은 그들의 순환 리듬을 유지하기 위해 그러한 시계에 의존한다.[12]태양 나침반 방향을 이용하는 동물은 물고기, 새, 바다 거북이, 나비, 벌, 모래톱, 파충류, 개미 등이다.[13]

모래 호퍼(탈리트루스 염화기와 같은)를 해변으로 데려올 때, 그들은 쉽게 바다로 돌아가는 길을 발견한다.이것은 단순히 내리막길이나 바다의 시각이나 소리를 향해 나아가는 것에 의해서가 아니라는 것을 보여주었다.한 무리의 샌드호퍼들이 인공 조명을 받으며 주간/야간 사이클에 적응했고, 자연 사이클과 12시간 상상을 벗어날 때까지 점차 타이밍이 바뀌었다.그리고 나서, 모래 호퍼들은 자연 햇빛에 해변에 놓였다.그들은 바다를 떠나 해변으로 올라갔다.그 실험은 샌드호퍼들이 태양과 내부 시계를 이용해 그들의 방향을 결정하며, 그들이 그들의 특정한 해변의 바다까지의 실제 방향을 배웠다는 것을 암시했다.[14]

만크스 전단 분화기를 이용한 실험에서는 둥지에서 멀리 떨어진 '맑은 하늘 아래'에서 방류했을 때 바닷새들이 먼저 방향을 잡은 뒤 정확한 방향으로 날아간다는 것을 보여주었다.그러나 석방 당시 하늘이 흐린다면 전단지는 원을 그리며 날아다녔다.[8]

모나크 나비들은 캐나다에서 멕시코로 남하하는 가을 이동을 안내하기 위해 태양을 나침반으로 사용한다.[13]

밤하늘별 방향

선구적인 실험에서, Lockley는 밤하늘이 남쪽을 향한다는 것을 보여주는 행성관에 배치된 워블러들이 그들 자신을 향한다는 것을 보여주었다; 그 때 행성 하늘이 매우 천천히 회전했을 때, 그 새들은 전시된 별들에 대해 그들의 방향을 유지했다.Lockley는 새들이 별을 따라 항해하기 위해서는 "섹스턴트 및 크로노미터"가 필요할 것이라고 관찰한다: 새들은 항성의 패턴을 읽고 항성으로 항해할 수 있는 내장된 능력을 필요로 하며, 이것은 또한 정확한 하루의 시계가 필요하다.[15]

2003년에는 아프리카 쇠똥구리 스카라바에우스 잠비아누스가 달빛에 양극화 패턴을 이용해 항해하는 모습이 보여져, 오리엔테이션에 편광 달빛을 사용한 것으로 알려진 최초의 동물이 되었다.[16][17][18][c]2013년, 쇠똥구리는 은하수나 밝은 별들의 무리만이 보일 때 항해할 수 있다는 것이 밝혀져 [20]쇠똥구리는 은하계가 방향을 잡는다고 알려진 유일한 곤충이 되었다.[21]

편광에 의한 방향

레일리 스카이 모델은 빛의 양극화가 벌들에게 어떻게 방향을 나타낼 수 있는지를 보여준다.
주요 기사:레일리 스카이 모델

꿀벌과 같은 곤충들, 특히 몇몇 동물들은 빛의 분극화에 민감하다.꿀벌은 흐린 날에 양극화된 빛을 사용하여 그들이 여행하려는 나침반 방향에 비례하여 하늘의 태양의 위치를 추정할 수 있다.카를 폰 프리슈의 연구는 벌들이 벌통에서 식량원(일반적으로 과즙을 함유한 꽃들의 조각)에 이르는 방향과 범위를 정확하게 식별할 수 있다는 것을 확립했다.일벌 한 마리가 벌집으로 돌아와 다른 일벌들에게 왜가춤을 통해 식량원의 태양에 상대적인 범위와 방향을 알려준다.관찰하는 벌들은 다른 생물학자들이 꼭 그렇게 해야 하는지, 아니면 단순히 음식을 찾으러 가도록 자극을 받는지 의문을 제기했음에도 불구하고,[4] 그 다음엔 주어진 방향으로 암묵적인 거리를 날림으로써 먹이를 찾을 수 있다.[22]그러나 벌들은 확실히 음식의 위치를 기억할 수 있고, 정확하게 다시 그 곳으로 항해할 수 있다. 날씨가 맑을지 아니면 태양이나 기억되는 시각적 랜드마크에 의해 항해가 일어날지 아니면 대체로 흐린지([4]극광 이용이 가능할 때.

자기감각

호밍 비둘기는 방향을 잡기 위해 지구의 자기장과 같은 단서들을 사용하여 빠르게 집으로 돌아갈 수 있다.
주요기사 : 자석감각

맹인두더지쥐(스팔락스)[23] 같은 포유류와 비둘기 같은 새를 포함한 일부 동물은 지구의 자기장에 민감하다.[24]

호밍 비둘기는 자기장 정보를 다른 항법 단서와 함께 사용한다.[25]선구적인 연구자 윌리엄 키튼은 시간에 따라 변하는 귀성 비둘기들이 맑은 햇살에는 방향을 제대로 잡지 못하고 흐린 날에는 그렇게 할 수 있다는 것을 보여주었는데, 새들이 태양의 방향에 의존하는 것을 선호하지만, 태양이 보이지 않을 때는 자기장 큐를 사용하는 것으로 전환한다는 것을 시사했다.이것은 자석을 이용한 실험으로 확인되었다: 비둘기들은 자기장이 붕괴된 흐린 날에 방향을 제대로 잡을 수 없었다.[26]

후각

돌아오는 연어는 그들이 발달한 강을 식별하기 위해 후각을 사용할 수 있다.

후각 항법 수술은 비둘기들에게 가능한 메커니즘으로 제안되어 왔다.파피의 '모자이크(mosaic)' 모델은 비둘기들이 그 지역의 냄새에 대한 정신적 지도를 만들고 기억하며, 그 지역의 냄새에 의해 그들이 어디에 있는지 인식한다고 주장한다.[27]월라프의 '지망생' 모델은 악취가 장기간 안정적으로 지속되고 있다고 주장한다.만약 그러한 구배가 서로 다른 방향으로 두 개 이상 있다면, 비둘기들은 냄새의 강도에 의해 2차원에 위치할 수 있을 것이다.그러나 그러한 안정적 구배가 존재한다는 것은 확실하지 않다.[28]파피는 무음 비둘기들이 일반 비둘기들보다 방향을 잡고 항해할 수 있는 능력이 훨씬 낮다는 증거를 발견했기 때문에 비둘기 항해에서 후각이 중요한 것 같다.그러나 후각의 단서가 어떻게 사용되는지는 명확하지 않다.[29]

후각은 연어가 부화한 정확한 강으로 돌아오는 것으로 알려진 연어에서는 중요할 수 있다.로클리는 민물고기 같은 물고기가 서로 다른 강의 물을 정확히 구별할 수 있다는 실험 증거를 보고한다.[30]연어는 자기 감각으로 강에 닿을 수 있는 곳으로 이동한 다음 가까운 거리에서 강을 식별하기 위해 후각을 사용할 수 있다.[31]

중력 수용체

추가 정보: 중력 등급 측정

GPS 추적 연구는 중력 이상이 비둘기 항법에 역할을 할 수 있다는 것을 보여준다.[32][33]

다른 감각들

생물학자들은 동물의 항해에 기여할 수 있는 다른 감각들을 고려했다.바다표범 등 많은 해양동물이 유체역학적으로 수신을 할 수 있어 물속에 남겨진 통로를 감지해 물고기와 같은 먹이를 추적하고 잡을 수 있다.[34]돌고래와 같은 해양 포유류,[35] 그리고 많은 종의 [6]박쥐들은 그들의 환경을 감지함으로써 먹이를 탐지하는 것과 방향을 감지하는 데 모두 사용하는 반향 위치 지정이 가능하다.

웨이마킹

나무쥐는 야생과 실험실 조건에서 모두 이동 가능한 랜드마크를 사용하여 항해하는 최초의 인간이 아닌 동물이다.포획하는 동안, 그들은 나뭇잎과 잔가지와 같이 눈에 잘 띄는 물체를 집어서 분포시킨다. 그들은 탐사할 때 표지를 이동시킨다.[36]

경로 통합

경로 통합은 현재 위치를 추정하기 위해 출발점에서 이동한 거리와 방향의 벡터를 합하여 다시 출발점으로 돌아오는 경로를 계산한다.
주요기사 : 경로통합

일반적으로 경로 통합이라고 알려진 동물에서, 데드 계산은 시각적 또는 다른 외부 랜드마크를 참조하지 않고 신체 내 다른 감각 소스로부터의 단서들을 결합하여 반드시 직선적이지 않은 경로를 이동하는 동안 알려진 출발점에 상대적인 위치를 추정하는 것을 의미한다.기하학에서 문제로 여겨지는 일은 그 지점에서 여행의 각 다리에 대한 벡터를 추가하여 출발점에 대한 벡터를 계산하는 것이다.[37]

1873년 다윈의 '특정 본능의[2] 기원에 관하여'(위에서 인용) 이후, 경로 통합은 개미, 설치류, 새를 포함한 동물들의 항해에 중요한 것으로 나타났다.[38][39]동물들이 흐린 밤, 탁 트인 바다 또는 모래 사막과 같은 상대적으로 특징이 없는 지역에서 항해하고 있을 때와 같이 시각(따라서 기억되는 랜드마크의 사용)을 이용할 수 없을 때, 경로 통합은 몸 안에서부터 오는 바보 같은 신호에 의존해야 한다.[40][41]

사하라 사막 개미(Cataglyphis bicolor)에 있는 Wehner의 연구는 방향 헤딩(극광 또는 태양 위치)을 결정하고 (다리 이동이나 광학 흐름을 모니터링하여) 거리를 계산하기 위한 효과적인 경로 통합을 보여준다.[42]

포유류의 경로 통합은 운동 시스템이 뇌의 나머지 부분에 어떤 움직임을 명령하는지 알려주는 모터 효율과 시각 시스템이 시각 세계가 눈을 지나 얼마나 빠르게 움직이는지를 신호하는 시신 흐름과 함께 3차원의 가속도를 감지하는 전정 기관을 이용한다.[23][43]초음파 위치추적 및 자기감각과 같은 다른 감각의 정보도 특정 동물에 통합될 수 있다.해마는 선형과 각운동이 통합되어 우주에서 포유류의 상대적 위치를 암호화하는 뇌의 부분이다.[44]

데이비드 레디쉬는 "미텔슈타트와 미텔스타에트(1980), 에티엔(1987)의 세심하게 통제된 실험은 [포유동물의 경로통합]이 전정 신호와 운동 효율 카피로부터 내부 신호를 통합한 결과라는 것을 결정적으로 입증했다"고 말한다.[45]

인간 활동의 영향

네오노티노이드 살충제는 벌의 항해 능력을 손상시킬 수 있다.티아메톡삼의 낮은 레벨에 노출된 벌들은 식민지의 생존을 위태롭게 할 정도로 그들의 식민지로 돌아갈 가능성이 적었다.[46]

빛 공해는 빛을 따르는 광선동물을 유인하고 이질화시킨다.예를 들어, 부화한 바다거북은 밝은 빛, 특히 푸른 빛을 따라 항법을 바꾼다.나방의 방해를 받은 항해는 여름밤 밝은 램프 주변에서 쉽게 관찰할 수 있다.곤충들은 자연적으로 이동하는 대신 높은 밀도로 이 램프 주위에 모인다.[47]

참고 항목

메모들

  1. ^ 이 책은 1841년 런던 시베리아 북해와 빙해에서의 여행이었다.Wrangel은 Vrangel 또는 Wrangel의 철자를 다양하게 쓴다.
  2. ^ 앤트림 카운티의 JJ 머피(d 1894년)는 회계 담당자로 당시 벨파스트 문학회의 회장이었다.그는 1872년 '신앙의 과학적 근거'라는 책을 출판하면서 진화와 종교의 조화를 꾀했다.
  3. ^ 실험 기구의 도표는 JEB에서 구할 수 있다.[19]

참조

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  3. ^ Murphy, J.J. (1873). "Instinct: a Mechanical Analogy". Nature. 7 (182): 483. Bibcode:1873Natur...7..483M. doi:10.1038/007483b0. S2CID 22346811.
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원천

추가 읽기

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  • 키톤, 윌리엄 (1977) 마그네틱 리셉션 (생물학)과학 기술 백과사전, 제2편.맥그로힐
  • 키톤, 윌리엄(1979) 비둘기 항법.비둘기 행동의 신경 메커니즘 5-20페이지 (A. M. Granda and J. H. Maxwell, Eds.)플레넘 퍼블리싱.

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