Kako živali najdejo pot, tako pri selitvah kot lokalno? Imeti morajo naprave za orientacijo (da poznajo smer) in navigacijo (da vedo, kdaj spremeniti smer). Izkaže se, da gre pogosto za osupljive računalniške naprave, ki delujejo v drobcenih možganih, ki daleč presegajo človeške super-računalnike, saj se nekatera bitja ravnajo po zemeljskem magnetnem polju in polarizaciji sonca.
Čebele letijo z osupljivo spretnostjo, ki jim jo lahko zavidajo celo piloti akrobatskih letal, pa vendar je navigacijska 'programska oprema' čebel zapakirana v možganih, ki niso večji od sezamovega zrna. Njihove tehnike skrbno preučujejo na Avstralski nacionalni univerzi v Canberri z namenom izdelave miniaturnih letečih vohunskih robotov in sond za planetarno raziskovanje.[2]
Čebele imajo merilnike zračne hitrosti, žiroskope in poseben 'kompas', ki zaznava polarizacijo sončne svetlobe; imajo tudi UV senzorje za sledenje horizonta in merjenje nagiba, ter sestavljene oči, vsako s po 7.000 šestkotnih površin. Te površine so okenca za pod-oči, imenovane omatidiji, ki so drobne cevke z lastnimi lečami in celicami za zaznavanje svetlobe. Vsaka cevka kaže v različno smer, kar omogoča pogled na široko območje. Njihova oblika je idealna, saj je pri tem uporabljene minimalno snovi za robne celice (zato je tudi satovje šestkotne oblike), najmanj ostri koti potrebujejo manj ojačitve, pa tudi zgradba je najbolj simetrična. Poleg tega odlično zaznavajo gibanje, saj različna očesca zaznajo že majhen premik.
Raziskovalci so ugotovili, da čebele za navigacijo uporabljajo zaznavanje gibanja. Za ponazoritev si zamislite, da hitro potujete v avtu ali vlaku; za drogove na bližnji ograji se zdi, da se hitro premikajo v vzvratni smeri, medtem ko se za bolj oddaljene predmete zdi, da se premikajo nazaj nekoliko počasneje, za oblake pa se zdi, da skoraj potujejo z vami. Tako premikanje slik se imenuje optični pretok in bližje ko je nek predmet opazovalcu, hitreje se navidezno giblje.
Da čebele uporabljajo optični pretok, so raziskovalci dokazali tako, da so letele skozi tunele, na stenah katerih so lahko spreminjali vzorce. Ko je bil vzorec stacionaren, so čebele letele točno po sredini tunela, kajti le tako je bil navidezni optični pretok enak na obeh straneh. Če se je vzorec na eni strani tunela premikal v smeri letenja čebel, je relativno nanje zaostajal in one so to navidezno počasnejše gibanje zaznale ter izračunale, da je bila stena tunela zdaj bolj oddaljena, zato so se usmerile bližje k njej, da bi ostale bolj na sredini. Raziskovalci so ugotovili, da so čebele sprogramirane, da letijo na tak način, da hitrost slik ostaja konstantna. Ko so se vzorci na obeh stenah premikali s čebelami, so mislile, da letijo počasneje, zato so pospešile. To je ključnega pomena, saj zagotavlja, da na odprtem čebele letijo hitreje, na bolj zaprtem pa počasneje, ali pa odvijejo proč, če se slike na eni strani nenadoma začnejo premikati zelo hitro, kar jim naznani, da je v bližini ovira. To čebelam pomaga tudi pri pristanku, saj lahko avtomatsko upočasnijo, da ohranijo optični pretok konstanten, ko se s konstantnim naklonom spuščajo proti tlom. Na ta način jim ni treba poznati svoje hitrosti niti višine.
Čebele uporabljajo optični pretok tudi za merjenje razdalje do virov hrane[3], ki jo ostalim čebelam sporočajo s posebnimi plesi.[4] Raziskovalci so to dokazali tako, da so čebele, ki so odhajale po hrano, morale leteti skozi ozke tunele, kar se je odražalo v večjem optičnem pretoku, zato so mislile, da letijo dlje. To napačno informacijo so nato sporočile drugim čebelam, ki so hrano začele iskati na bolj oddaljeni lokaciji.
Za optični pretok mora v okolici obstajati kontrast, ki omogoča, da je možno zaznati spreminjanje prizorov. To v naravi deluje zelo dobro, odpove pa v umetnih okoljih, kjer so šipe ali pobarvane stene – to tudi pojasni, zakaj čebele na takih površinah včasih izgubijo orientacijo.
Optični pretok lahko pomaga rešiti težave, ki se jim z običajnimi navigacijskimi sistemi ne moremo izogniti. Globalni pozicijski sistem (GPS) se zanaša na satelite, toda sovražnik lahko satelitske signale ovira. Poleg tega GPS deluje samo na predhodno mapiranih objektih in ne more preprečiti, da se vohunsko letalo ne bi zaletelo v premično oviro, ki spreminja svojo lego. Z vesoljsko sondo, kakršna je bila Mars Pathfinder, je bilo še več težav, saj so signali med Zemljo in Marsom potovali 11 minut, da so prepotovali 190 milijonov kilometrov, zato se je robot moral plaziti po polžje – v 30 dneh se je premaknil 52 metrov. Če bi se premikal hitreje, bi lahko padel v razpoko, še preden bi v nadzornem centru vedeli, da je v nevarnosti, kaj šele da bi poslali signal, naj spremeni smer.
V nasprotju s tem pa bi optični pretok robotu omogočil, da bi krmilil sam sebe. Prototipni helikopter, dolg 1,5 m in težak 7 kg, lahko z uporabo optičnega pretoka lebdi na isti lokaciji, kar je velik napredek v primerjavi z daljinsko vodenimi napravami. Toda računalniški program (algoritem) še ni dodelan in to je še daleč od navigacije po vijugastih kanjonih. Poleg tega delovanje prototipa zahteva čipe, ki so energijsko potratni, se pa ocenjuje, da »bi posebno oblikovan čip, ki bolje posnema energijsko učinkovito delovanje čebele, lahko omogočil 100-kratno zmanjšanje porabe energije in 10-kratno zmanjšanje teže.«[5]
Inženirjem še veliko manjka do letečega robota v velikosti čebele, ki je približno 100-krat manjša in 10.000-krat lažja od njihovega prototipa. Ena od težav je, da običajni prestavni mehanizmi in škripci ne delujejo pravilno, če so tako zelo pomanjšani.
Kačji pastirji so osupljivi letalci. Nedavna raziskava je pokazala, da uporabljajo neverjetno zakomplicirano manevriranje, zaradi katerega se drugim žuželkam zdijo nepremični.[6] Na ta način se svojemu plenu lahko zelo približajo oz. se izognejo plenilcem. Sestavljene oči žuželk preko optičnega pretoka zelo dobro zaznavajo najmanjše premike (kot je opisano v zgornjih odstavkih), zato mora kačji pastir imeti osupljiv nadzorni sistem. Kratko poročilo v New Scientist pravi: »Kačji pastirji zasenčijo sposobnosti svojih nasprotnikov s kompleksnimi manevri, o kakršnih piloti lovskih letal lahko le sanjajo. … To zahteva izredno zaznavanje in nadzor lege.«[7] Raziskovalec Akiko Mizutani iz Centra za vizualno znanost Avstralske nacionalne univerze v Canberri je dejal: »Kaj takega je izredno težko doseči brez zelo dragih in zajetnih merilnih sistemov.«
Česar najbolj domiselni človeški načrtovalci ne morejo doseči brez zajetnih sistemov, je Stvarnik sprogramiral v drobcene možgane kačjega pastirja, vendar pa evolucionisti verjamejo, da je to nastalo samo zaradi časa in naključja, in to že v »najstarejših letečih plenilcih«, kot jih imenujejo.
Magnetni kompasi so ključnega pomena za navigacijo, saj z njimi lahko določimo svojo smer z uporabo zemeljskega magnetnega polja. Nedavne raziskave so pokazale, da tudi nekatera druga bitja uporabljajo svoje kompase.
Zemeljsko magnetno polje ima na različnih lokacijah različno jakost in inklinacijo (tj. kot, pod katerim seka zemeljsko površje). Če bi bitja lahko zaznavala te spremembe, bi s tem imela neke vrste odčitke zemljepisne širine in dolžine.
Znani britanski evolucionist J.B.S. Haldane (1892 – 1964) je leta 1949 priznal, da evolucija nikoli ne bi mogla proizvesti »različnih naprav, kakršni sta kolo in magnet, ki bi bila nekoristna, dokler ne bi bila skoraj popolna.«[8] Torej take naprave v organizmih kažejo, da je evolucija napačna.
Magnetna navigacija je pomembna za želve karete (Caretta caretta), ki živijo v sistemu krožnih oceanskih tokov okoli Sargaškega morja. Raziskovalca Kenneth in Catherine Lohmann iz Univerze v Severni Karolini sta pokazala, da želve uporabljajo magnetne meritve, da ostanejo v krožnem toku.
Želve sta dala v bazene, obdane z električnimi tuljavami, s katerimi sta generirala umetno magnetno polje. Ko je bila inklinacija magnetnega polja enaka kot na severnem robu krožnega toka, so želve plavale proti jugu, kakor proti notranjosti toka. Ko je bila inklinacija enaka kot na južnem robu, so plavale proti severo-severovzhodu, torej spet stran od 'nevarnega' roba. V drugih eksperimentih sta inklinacijo ohranjala konstantno, spreminjala pa sta jakost magnetnega polja. Ko je bila jakost enaka kot na zahodnem robu toka, so želve plavale na vzhod, torej spet stran od roba in bolj proti notranjosti toka. Ko je bila jakost enaka kot na vzhodnem robu, so plavale proti zahodu.[9]
Določene vrste bakterij srečno živijo v blatu, a ne marajo kisika. Zanje je pomembno, da vedo, v katero smer je 'navzdol', da lahko plavajo proč od površine, ki je izpostavljena zraku. Večja bitja si pri čem takem lahko pomagajo z gravitacijo, mikroskopsko majhna pa ne. Mikrobi za orientacijo uporabljajo magnetno polje.[10] V 70-ih letih prejšnjega stoletja je Richard Blakemore, diplomski študent na Univerzi v Massachussetsu, z umetnimi magneti pokazal, da bakterije potujejo proti magnetnemu severu.[11] Na južni polobli bi domnevno potovale proti magnetnemu jugu.
Magnet v teh majhnih celicah je sestavljen iz približno dvajsetih delcev magnetita (Fe3O4), razporejenih vzdolž daljše osi celice. Vsak delec je približno kocka s stranico le okoli 50 nm. Kako bakterijam uspe narediti tako dobro organizirane delce magnetita, je skrivnost, saj je kaj takega zahtevno opravilo celo za najboljše človeške načrtovalce v laboratorijih.
Zanimivo je, da je slavni evolucionist Stephen Jay Gould (1941 – 2002) izjavil, da je nova magnetna bakterija »osupljiv primer dobrega načrtovanja: organizem, ki zgradi odlično napravo znotraj svojega telesa. Naprava je magnet, organizem pa je 'enostavna' bakterija.«[12] Gould se kot agnostik in marksist sicer ne bi strinjal, da načrt potrebuje Načrtovalca, toda njegova razlaga o dobrem načrtu je primerna.
Mnoge ptice se selijo tisoče kilometrov daleč. Kratkorepi viharnik vsako leto prepotuje 13.000 km od Avstralije do Aljaske. Škurh (ang. bristle-thighed curlew) leti 'samo' 8.000 km preko Pacifika, a brez postanka. A tudi ta non-stop polet preseže progastorepi kljunač (ang. bar-tailed godwit), ki leti z Aljaske na jug s hitrostjo približno 72 km/h in ne počiva, dokler ne prispe v 11.000 km oddaljeno Novo Zelandijo.
Glavni razlog za selitve je verjetno iskanje hrane. S selitvijo sta povezana dva glavna problema: kako lahko letijo tako dolgo in kako najdejo pot.
Energijski problem se reši z intenzivnim prehranjevanjem in shranjevanjem maščobe. Ptice shranijo maščobo v posebne prostore med tkiva in organe, tako da to ne ovira mišic. Ta maščoba vsebuje veliko manj vode kot običajna in je tako bolj zgoščena in lažja. Ptice ne potrebujejo zaloge vode, saj jo dobijo iz 'kurjenja' maščob, podobno kot kamele iz svojih grb (vodikovi atomi v maščobi se povežejo s kisikom in nastane voda).
Ta maščoba je izreden energijski vir. Trstnica (ang. blackpoll warbler) na svoji 5.600 km dolgi selitvi zamahne s krili približno 3.000.000 – krat, preračunana poraba goriva pa znaša le 0,33 ml na 100 km.
Kljunači se nažirajo lupinarjev, dokler si ne naberejo maščobnih oblog, ki znašajo do 55 % njihove skupne teže. Nato nehajo jesti, njihovo črevo, ledvica in jetra pa se skrčijo, da se znebijo nepotrebne teže.
Ptič zlati deževnik (ang. golden plover) zbere dodatnih 70 g maščobe, kar je polovico njegove normalne telesne teže. To je skoraj dovolj za njegovo 4.500 km dolgo potovanje od Aljaske do Havajev, ki pri hitrosti 51 km/h traja okoli 88 ur. Izkoristek je zelo visok, saj se za gibanje in toploto vsako uro letenja porabi 0,6 % telesne teže. Če to preračunamo na težo helikopterja ali reaktivnega letala, slednja porabita 7-krat oz. 20-krat več goriva. A to še in vse. Pticam bi pošlo gorivo 800 km pred ciljem, če ne bi letele v jatah v klasičnih 'V-formacijah'. Zaradi letenja v formaciji vsaka ptica prihrani v povprečju 23 % energije.[13] Ptica na čelu formacije sicer ne prihrani energije, a se zato menjajo v vodstvu.
Gerta Fleissner in njena ekipa z Univerze v Frankfurtu so naredili rentgenske posnetke kljunov golobov pismonoš.[14] V živčnih razcepih znotraj kožnih vlaken so odkrili drobne delce, ki vsebujejo železo. Delci so feromagnetni minerali magemiti in magnetiti, razporejeni v kompleksnem tridimenzionalnem vzorcu. To golobom omogoča, da analizirajo tri komponente magnetnega polja kot s triosnim magnetometrom.
Ptice hudourniki pogosto letijo zelo visoko, na višini okoli 3.000 m (tj. višina, na kateri letijo manjša letala), in to ponoči. Imajo izredne sposobnosti navigacije, ki jih izvajajo kar med spanjem. Strokovnjak za selitev ptic Johan Bäckman z univerze Lund na Švedskem je z radarjem opazoval preko 200 hudournikov. Odkril je, da pravo smer ohranjajo na nepričakovan način, saj se ne ravnajo po orientacijskih točkah na tleh, temveč po vetru.[15] Bäckman je dejal: »Hudourniki imajo neverjetno sposobnost orientiranja s pomočjo vetra. Celo najnaprednejša letala z dobrimi navigacijskimi instrumenti verjetno ne bi mogla oceniti takih sprememb vetra. Osupljivo je, da hudourniki vse to počno med nočnim letom na veliki višini – pri tem pa spijo.«[16]
Škorci letijo v jatah, ki izvajajo osupljive zračne akrobacije. Kako tolikšnemu številu ptic uspe leteti tako skladno? Številni evropski raziskovalci, med katerimi so bili biologi, fiziki in statistiki, so v projektu Starling analizirali tridimenzionalne lege nekaj tisoč ptic v jati.[17] Raziskava je ovrgla dotedanjo razlago, da vsaka ptica zgolj ohranja konstantno razdaljo do svojih sosed. Izkazalo se je, da vsak škorec stalno opazuje lego povprečno šestih ali sedmih sosedov, ne glede na to, kako daleč so. Drugače povedano, škorci imajo sprogramirano sposobnost sledenja objektov, ki temelji na izračunih topološke razdalje (interakcije) do drugih. Po besedah raziskovalcev ta metoda sledenja jati omogoča, da se zoperstavi plenilcem, prežečim na razkropljene, kajti: »Z interakcijo med fiksnim številom posameznikov je skupek lahko gost ali redek, lahko spreminja obliko, fluktuira in se celo razdeli, a ohranja enako stopnjo kohezije.«
Saharska mravlja Cataglyphis fortis pri iskanju hrane potuje cikcak in pri tem pogosto naredi stotine metrov. Lahko najde povratno pot do gnezda, ne da bi jo kdaj prej že prepotovala in to brez orientacijskih točk na tleh. Raziskovalci iz Nemčije in Švice[18] so s skrbnimi poskusi izključili možnost, da uporabljajo vidne oznake, čas ali energijo. Tako so jih na primer testirali na enakomerno sivih in gladkih površinah, a so mravlje brez napak našle pot. Dokazi kažejo, da imajo mravlje vgrajen odometer, ki izvaja zapleteno matematično operacijo, imenovano integracija poti. Gre za to, da potovanje razdelijo na majhne vektorje (vsak ima svojo dolžino in smer), ki jih nato seštejejo, da dobijo vektor vrnitve, tj. smer in skupno razdaljo do gnezda.
Kako pa je z izboklinami na tleh, ki so za mravlje kot hribi in doline? Zaradi njih je razdalja drugačna kot na povsem ravnih tleh. Ko so mravlje testirali na ravni površini in jim nato tla spremenili v nagubana, jih to ni premotilo. In ko so nagubana tla spremenili v ravna, so spet našle pot. Videti je, da mravlje izračunajo vodoravno projekcijo prepotovane razdalje, tj. vektorje projicirajo na navidezno ravnino pod terenom in integracijo poti izvedejo na tej x-y ravnini. Da jim to lahko uspe, morajo na nek način določiti naklon in nato prepotovano razdaljo zmnožiti s kosinusom nagiba.
Mravlje verjetno uporabljajo notranji čut, imenovan propriocepcija, s katerim živali in ljudje določamo lokacijo svojih telesnih delov. Naklone verjetno merijo tako kot zaznavajo gravitacijo, tj. s proprioceptorji na različnih sklepih med gibljivimi deli. Druga razlaga za vodoravno projekcijo pa vključuje še zahtevnejšo tridimenzionalno integracijo poti, ki je trenutno še predmet raziskav.
Bodisi da mravlje uporabljajo vodoravno ali pa celo tridimenzionalno integracijo poti, to v vsakem primeru vključuje napredno programiranje. Zdrava pamet pravi, da za program potrebujemo programerja, seveda pa evolucionisti zaradi religioznega prepričanja, da zadostujejo naturalistični vzroki, tak sklep zavračajo. Lahko trdijo, da se je občutek za vrnitev domov evolucijsko razvil preko naključnih mutacij, toda napaka takega premišljevanja je v domnevi, da majhna sprememba kode programa pomeni majhno spremembo delovanja. Človeški programerji vedo, da ima že ena sama sprememba algoritma lahko zelo daljnosežne posledice, in da že en napačen korak lahko povzroči, da se program sesuje. Program za integracijo poti mora biti polno delujoč, sicer je popolnoma neuporaben – to pa pomeni, da ni mogel nastati postopoma.
Vir: Sarfati, J., By Design, Creation Book Publishers, 2008
[1] Sarfati, J., Can it bee? Creation 25(2):44-45, 2003.
[2] Fox, D., Electric Eye, New Scientist 171(2305):38-42, 2001.
[3] Esch, H., et al., Honeybee dances communicate distances measured by optic flow, Nature 411(6837):581-583, 2001.
[4] Doolan, R., Dancing bees, Creation 17(4):46-48, 1995.
[5] Fox, D., Electric Eye, New Scientist 171(2305): 38-42, 2001.
[6] Mizutani, A., et al., Motion camouflage in dragonflies, Nature 423:604, 2003.
[7] Anon., How stealthy insects outsmart their foe, New Scientist 178(2398):26, 2003.
[8] Is Evolution a Myth? A Debate between D. Dewar and L. M. Davies vs. J.B.S. Haldane, str. 90, Watts & Co. Ltd. / Paternoster Press, London, 1949.
[9] Torr, G., Magnetic map readers, Nature Australia 25(9):7-8, 1997.
[10] Helder, M., The world's smallest compasses: An amazing discovery of how humble bacteria can sense direction, Creation 20(2):52-53, 1998.
[11] Blakemore, R.P. in Frankel, R.B., Magnetic navigation in bacteria, Scientific Amer. 245(6):42-49, 1981.
[12] Gould, S.J., Perceptive bees, birds and bacteria, Natural History, 88:25-30, 1979.
[13] Gitt, W. in Vanheiden, K.-H., If animals could talk, Christliche Literatur-Verbreitung e.V., Bielefeld, str. 107-115, 1994.
[14] Fleissner et al., A novel concept of Fe-mineral-based magnetoreception: histological and physiochemical data from the upper beak of homing pigeons, Naturwissenschaften, 2007
[15] Bäckman, J. in Alerstam, T., Harmonic oscillatory orientation relative to the wind in nocturnal roosting flights of the swift Apus apus, J. Exp. Biol. 205:905-910, 2002.
[16] Navedeno v Day, E., Revealed: how the swift keeps to its course at 10,000 feet – even as it sleeps: New research reveals navigational skills of the bird that outperforms the most advanced aircraft, Sunday Telegraph, str. 11, 14.3.2004.
[17] Ballerini, M. et. al, Interaction ruling animal collective behaviour depends on topological rather than metric distance: Evidence from a field study, Proc. Natl Acad. Sci. USA 105(4):1232-1237, 2008.
[18] Wohlgemuth, S., Ronacher, B. in wehner, R., Ant odometry in the third dimension, Nature 411(6839):795-798, 2001.