This is poo, and what I want to do today is share my passion for poo with you, which might be quite difficult, but I think what you might find more fascinating is the way these small animals deal with poo.
Это помёт, и сегодня я хочу разделить с вами свою страсть к помёту, возможно, это будет трудно сделать, но я думаю, что увлекательным для вас может быть то, как эти маленькие насекомые ведут себя с помётом.
So this animal here has got a brain about the size of a grain of rice, and yet it can do things that you and I couldn't possibly entertain the idea of doing. And basically it's all evolved to handle its food source, which is dung.
У этого насекомого мозг размером с рисовое зерно и, тем не менее, оно может делать такие вещи, о которых мы с вами даже и подумать не могли бы. И всё это развито в основном для того, чтобы управляться с источником пищи, которым является навоз.
So the question is, where do we start this story? And it seems appropriate to start at the end, because this is a waste product that comes out of other animals, but it still contains nutrients and there are sufficient nutrients in there for dung beetles basically to make a living, and so dung beetles eat dung, and their larvae are also dung-feeders. They are grown completely in a ball of dung. Within South Africa, we've got about 800 species of dung beetles, in Africa we've got 2,000 species of dung beetles, and in the world we have about 6,000 species of dung beetles. So, according to dung beetles, dung is pretty good.
Вопрос только в одном: с чего начать эту историю? Скорее всего, лучше начать с конца, потому что это отходы других животных, которые, однако, всё ещё содержат питательные вещества. А этих питательных веществ там достаточно для поддержания жизнедеятельности навозных жуков. Таким образом, навозные жуки питаются навозом и их личинки тоже. Они полностью вырастают в навозном шаре. В Южной Африке живёт около 800 видов навозных жуков. Во всей Африке — 2 000 видов навозных жуков, а во всем мире их около 6 000 видов. Так что, судя по жукам, навоз весьма хорош.
Unless you're prepared to get dung under your fingernails and root through the dung itself, you'll never see 90 percent of the dung beetle species, because they go directly into the dung, straight down below it, and then they shuttle back and forth between the dung at the soil surface and a nest they make underground.
Если вы не готовы видеть навоз под ногтями и копаться в нем, то вы никогда не увидите 90% видов навозных жуков, потому что они заползают прямо в навоз, точнее под него, и затем курсируют вверх-вниз между навозом на поверхности земли и гнездом, которое они делают под землёй.
So the question is, how do they deal with this material? And most dung beetles actually wrap it into a package of some sort. Ten percent of the species actually make a ball, and this ball they roll away from the dung source, usually bury it at a remote place away from the dung source, and they have a very particular behavior by which they are able to roll their balls. So this is a very proud owner of a beautiful dung ball. You can see it's a male because he's got a little hair on the back of his legs there, and he's clearly very pleased about what he's sitting on there. And then he's about to become a victim of a vicious smash-and-grab. (Laughter) And this is a clear indication that this is a valuable resource. And so valuable resources have to be looked after and guarded in a particular way, and we think the reason they roll the balls away is because of this, because of the competition that is involved in getting hold of that dung. So this dung pat was actually -- well, it was a dung pat 15 minutes before this photograph was taken, and we think it's the intense competition that makes the beetles so well-adapted to rolling balls of dung.
Главный вопрос — что они делают с данным материалом? Большинство навозных жуков скручивают навоз в нечто похожее на свёрток. 10% видов формируют шарик, выкатывают его из навозной кучи и, как правило, прячут этот шарик подальше от источника навоза. Этим жукам свойственен определённый тип поведения, с помощью которого они перекатывают свои шарики. Вот это гордый владелец красивого навозного шара, Как видите, это самец — у него есть волоски на задней части лапок и он явно доволен тем шариком, на котором восседает. Но скоро он станет жертвой злобного разбоя. (Смех) И это явный признак того, что навоз — очень ценный ресурс. А за ценными ресурсами нужно присматривать и определённым образом охранять. Мы предполагаем, что именно по этой причине жуки перекатывают навозные шарики: из-за конкуренции в борьбе за навоз. Таким образом, эта куча навоза... ну, это была куча навоза за 15 минут до того, как была сделана эта фотография. Это приводит нас к выводу, что именно высокая конкуренция заставляет навозных жуков приспособиться к технике перекатывания навозных шариков.
So what you've got to imagine here is this animal here moving across the African veld. Its head is down. It's walking backwards. It's the most bizarre way to actually transport your food in any particular direction, and at the same time it's got to deal with the heat. This is Africa. It's hot.
Вот на этом снимке насекомое, передвигающееся по африканской степи. Его голова опущена вниз. Он пятится назад. Это конечно очень причудливый способ перемещения еды в определённом направлении. Это должно быть связано с жарой. Это Африка. Там жарко.
So what I want to share with you now are some of the experiments that myself and my colleagues have used to investigate how dung beetles deal with these problems.
А сейчас я хочу поделиться с вами некоторыми экспериментами, которые мы с коллегами провели для того, чтобы исследовать, как навозные жуки справляются с этими проблемами.
So watch this beetle, and there's two things that I would like you to be aware of. The first is how it deals with this obstacle that we've put in its way. See, look, it does a little dance, and then it carries on in exactly the same direction that it took in the first place. A little dance, and then heads off in a particular direction. So clearly this animal knows where it's going and it knows where it wants to go, and that's a very, very important thing, because if you think about it, you're at the dung pile, you've got this great big pie that you want to get away from everybody else, and the quickest way to do it is in a straight line. So we gave them some more tasks to deal with, and what we did here is we turned the world under their feet. And watch its response. So this animal has actually had the whole world turned under its feet. It's turned by 90 degrees. But it doesn't flinch. It knows exactly where it wants to go, and it heads off in that particular direction.
Посмотрите на этого жука: я бы хотел обратить ваше внимание на две вещи. Первое — как жук справляется с препятствием на своём пути. Смотрите — он слегка пританцовывает, а затем продолжает двигаться в том же направлении, в котором двигался изначально. Пританцовывает и опять движется в том же направлении. Ясно, что это насекомое знает, куда направляется и куда он хочет идти, а это очень, очень важная вещь, потому что, если представить себе, что ты находишься на куче навоза, ты отхватил большой куш, который нужно от всех спрятать, и самый быстрый способ это сделать — движение по прямой. Мы добавили жукам ещё несколько задач: сделали так, чтобы земля ушла из-под ног. И смотрите на его реакцию. У этого насекомого только что земля ушла из-под ног. Его повернули на 90 градусов. Но он не вздрогнул. Он точно знает, куда ему идти, и идёт в таком же направлении.
So our next question then was, how are they doing this? What are they doing? And there was a cue that was available to us. It was that every now and then they'd climb on top of the ball and they'd take a look at the world around them. And what do you think they could be looking at as they climb on top of the ball? What are the obvious cues that this animal could use to direct its movement? And the most obvious one is to look at the sky, and so we thought, now what could they be looking at in the sky? And the obvious thing to look at is the sun. So a classic experiment here, in that what we did was we moved the sun. What we're going to do now is shade the sun with a board and then move the sun with a mirror to a completely different position. And look at what the beetle does. It does a little double dance, and then it heads back in exactly the same direction it went in the first place. What happens now? So clearly they're looking at the sun. The sun is a very important cue in the sky for them.
Таким образом, возник наш следующий вопрос: как они это делают? Что они делают? И мы заметили ключ к разгадке. Время от времени они взбираются на шарик и смотрят вокруг. И на что вы думаете, они смотрят, забираясь на шарик? Какие явные сигналы это насекомое могло бы использовать для ориентировки? Самое очевидное — то, что насекомое смотрит на небо. Мы подумали: зачем жук смотрит в небо? Он явно смотрит на солнце. Мы провели классический эксперимент — мы переместили солнце по отношению к жуку. Мы отгородили солнце и начали двигать его с помощью зеркала в совершенно другом направлении. Посмотрите, что теперь делает жук. Он делает пару маленьких па, и снова направляется туда, куда шёл изначально. Что теперь? Ясно одно — эти насекомые ориентируются по солнцу. Солнце для них является очень важным ориентиром.
The thing is the sun is not always available to you, because at sunset it disappears below the horizon. What is happening in the sky here is that there's a great big pattern of polarized light in the sky that you and I can't see. It's the way our eyes are built. But the sun is at the horizon over here and we know that when the sun is at the horizon, say it's over on this side, there is a north-south, a huge pathway across the sky of polarized light that we can't see that the beetles can see. So how do we test that? Well, that's easy. What we do is we get a great big polarization filter, pop the beetle underneath it, and the filter is at right angles to the polarization pattern of the sky. The beetle comes out from underneath the filter and it does a right-hand turn, because it comes back under the sky that it was originally orientated to and then reorientates itself back to the direction it was originally going in. So obviously beetles can see polarized light.
Но солнце светит не всегда — на закате оно прячется за горизонтом. И вот что тогда происходит в небе: в ночном небе отражается поляризованный свет, который мы не можем видеть из-за устройства нашего глаза. Но ведь солнце за горизонтом — вот здесь. И мы знаем, что когда оно за горизонтом, например, на этой стороне, то с севера на юг по небу проходит огромный луч поляризованного света, который мы не видим, а жуки видят. Так как же это проверить? Очень легко. Берём большой поляризационный фильтр, помещаем жука под него, и фильтр повернут на нужный угол по отношению к поляризованному свету в небе. Жук выходит из-под фильтра и поворачивает направо, потому что снова оказывается под небом, по которому ориентировался первоначально, а потом опять перестраивается и движется в исходном направлении. Таким образом, ясно, что жуки могут видеть поляризованный свет.
Okay, so what we've got so far is, what are beetles doing? They're rolling balls. How are they doing it? Well, they're rolling them in a straight line. How are they maintaining it in a particular straight line? Well, they're looking at celestial cues in the sky, some of which you and I can't see.
Хорошо, что у нас получается на данный момент? Что делают жуки? Они перекатывают шарики. Как они это делают? По прямой. Как они умудряются двигать их по прямой? Они смотрят на ориентиры в небе, некоторые из них мы с вами не можем видеть.
But how do they pick up those celestial cues? That was what was of interest to us next. And it was this particular little behavior, the dance, that we thought was important, because look, it takes a pause every now and then, and then heads off in the direction that it wants to go in. So what are they doing when they do this dance? How far can we push them before they will reorientate themselves? And in this experiment here, what we did was we forced them into a channel, and you can see he wasn't particularly forced into this particular channel, and we gradually displaced the beetle by 180 degrees until this individual ends up going in exactly the opposite direction that it wanted to go in, in the first place. And let's see what his reaction is as he's headed through 90 degrees here, and now he's going to -- when he ends up down here, he's going to be 180 degrees in the wrong direction. And see what his response is. He does a little dance, he turns around, and heads back in this. He knows exactly where he's going. He knows exactly what the problem is, and he knows exactly how to deal with it, and the dance is this transition behavior that allows them to reorientate themselves.
Но как они улавливают эти небесные ориентиры? И это был следующий вопрос, который нас интересовал. Есть одна интересная черта в поведении жука — танец, — которую мы сочли важной, потому что, смотрите: насекомое время от времени останавливается, и потом снова движется в нужном направлении. Так что же они делают во время своего танца? Как далеко мы можем переместить жуков, прежде чем они переориентируются? В этом эксперименте мы заставили жуков двигаться по лабиринту, как вы видите, мы не заставляли его двигаться именно по этому лабиринту, мы постепенно перемещали жука на 180 градусов, пока он не начал двигаться в совершенно противоположном направлении по отношению к тому, куда двигался изначально. Давайте понаблюдаем за его реакцией, вот он пересекает черту 90 градусов, и продолжает двигаться... когда он доползёт сюда, то будет на 180 градусов в противоположном направлении. Посмотрите на его реакцию. Пританцовывая, он поворачивается, и направляется обратно. Он точно знает, куда идти. Он точно знает, в чем проблема, и также точно знает, как её решить, и его танец выступает в роли переходного периода в поведении, который позволяет ему переориентироваться.
So that's the dance, but after spending many years sitting in the African bush watching dung beetles on nice hot days, we noticed that there was another behavior associated with the dance behavior. Every now and then, when they climb on top of the ball, they wipe their face. And you see him do it again. Now we thought, now what could be going on here? Clearly the ground is very hot, and when the ground is hot, they dance more often, and when they do this particular dance, they wipe the bottom of their face. And we thought that it could be a thermoregulatory behavior. We thought that maybe what they're doing is trying to get off the hot soil and also spitting onto their face to cool their head down.
Так что это всё танец. Однако просидев много лет, в африканских зарослях и наблюдая за навозными жуками в жару, мы заметили ещё одну особенность их поведения, связанную с танцем. Время от времени, когда жуки залезают на шарик, они протирают лицо. Видите, он снова это делает. Мы задумались: что же он делает? Земля очевидно очень горячая, а когда земля горячая, жуки начинают пританцовывать чаще, и когда они это делают, то протирают нижнюю часть лица. Мы подумали, что это может быть способом терморегуляции. Мы подумали, что делая это, они стараются взобраться подальше от горячей земли и остудить голову собственной слюной.
So what we did was design a couple of arenas. one was hot, one was cold. We shaded this one. We left that one hot. And then what we did was we filmed them with a thermal camera. So what you're looking at here is a heat image of the system, and what you can see here emerging from the poo is a cool dung ball. So the truth is, if you look at the temperature over here, dung is cool. (Laughter)
Итак, мы соорудили пару площадок. Одна горячая, другая холодная. Мы затенили одну площадку, а другую оставили разогретой. Затем мы установили за ними наблюдение с помощью тепловой камеры. Итак, посмотрите на этот тепловой снимок, здесь видно появляющийся из кучи навоза прохладный навозный шар. То есть если посмотреть на температуру здесь, истина заключается в том, что навоз прохладен. (Смех)
So all we're interested in here is comparing the temperature of the beetle against the background. So the background here is around about 50 degrees centigrade. The beetle itself and the ball are probably around about 30 to 35 degrees centigrade, so this is a great big ball of ice cream that this beetle is now transporting across the hot veld. It isn't climbing. It isn't dancing, because its body temperature is actually relatively low. It's about the same as yours and mine. And what's of interest here is that little brain is quite cool. But if we contrast now what happens in a hot environment, look at the temperature of the soil. It's up around 55 to 60 degrees centigrade. Watch how often the beetle dances. And look at its front legs. They're roaringly hot. So the ball leaves a little thermal shadow, and the beetle climbs on top of the ball and wipes its face, and all the time it's trying to cool itself down, we think, and avoid the hot sand that it's walking across.
Теперь интересно сравнить температуру жука с температурой поверхности. Температура поверхности здесь около 50 градусов по Цельсию. У самого жука и шарика температур где-то около 30-35 градусов по Цельсию, значит это прекрасный большой шарик мороженого, который жук сейчас перекатывает по горячей степи. Жук не заползает на шар и не пританцовывает, потому что у него достаточно низкая температура тела. Практически такая же, как у нас с вами. То есть насекомому прохладно. Но вот что происходит в жаркой среде, посмотрите на температуру почвы. Она достигает 55-60 градусов по Цельсию. Посмотрите, как часто жук начинает танцевать. Посмотрите на его передние лапки. Они просто накалены. Итак, шар отбрасывает небольшую тень, жук взбирается на шарик, протирает лицо и пытается охладиться, а также избежать горячего песка, по которому идёт.
And what we did then was put little boots on these legs, because this was a way to test if the legs were involved in sensing the temperature of the soil. And if you look over here, with boots they climb onto the ball far less often when they had no boots on. So we described these as cool boots. It was a dental compound that we used to make these boots. And we also cooled down the dung ball, so we were able to put the ball in the fridge, gave them a nice cool dung ball, and they climbed onto that ball far less often than when they had a hot ball. So this is called stilting. It's a thermal behavior that you and I do if we cross the beach, we jump onto a towel, somebody has this towel -- "Sorry, I've jumped onto your towel." -- and then you scuttle across onto somebody else's towel, and that way you don't burn your feet. And that's exactly what the beetles are doing here.
Мы решили одеть маленькие сапожки на лапки жука, потому что таким образом можно было проверить, участвуют ли лапки в определении температуры почвы. И посмотрите: здесь, в сапожках, жук забирается на шар намного реже, чем без них. Мы назвали сапожки охлаждающими. Мы сделали эти сапожки из стоматологического материала. Мы также охладили навозный шар в холодильнике, и дали прохладный шар жукам, они забирались на него гораздо реже, чем на горячий шар. Это называется встать на ходули. Это поведение при тепловом воздействии. Мы тоже так делаем, когда идём по пляжу, Мы прыгаем на полотенце, даже на чужое... «Ой, извините, я прыгнул на ваше полотенце». И потом прыгаете ещё на чьё-нибудь, таким образом, вы не обожжёте себе ступни. Жуки делают то же самое.
However, there's one more story I'd like to share with you, and that's this particular species. It's from a genus called Pachysoma. There are 13 species in the genus, and they have a particular behavior that I think you will find interesting. This is a dung beetle. Watch what he's doing. Can you spot the difference? They don't normally go this slowly. It's in slow motion. but it's walking forwards, and it's actually taking a pellet of dry dung with it. This is a different species in the same genus but exactly the same foraging behavior.
Однако я хочу поделиться с вами ещё одной историей. Есть определённый вид жуков из рода Pachysoma. В этом роде 13 видов, и я думаю, вам будет интересно их поведение. Это навозный жук. Смотрите, что он делает. Вы видите разницу? Обычно они не ползают так медленно. Это замедленная съёмка. Насекомое ползёт вперёд, и тащит за собой шарик сухого навоза. Это разные виды одного рода, у которых одинаковое поведение в добывании пищи.
There's one more interesting aspect of this dung beetle's behavior that we found quite fascinating, and that's that it forages and provisions a nest. So watch this individual here, and what he's trying to do is set up a nest. And he doesn't like this first position, but he comes up with a second position, and about 50 minutes later, that nest is finished, and he heads off to forage and provision at a pile of dry dung pellets. And what I want you to notice is the outward path compared to the homeward path, and compare the two. And by and large, you'll see that the homeward path is far more direct than the outward path. On the outward path, he's always on the lookout for a new blob of dung. On the way home, he knows where home is, and he wants to go straight to it. The important thing here is that this is not a one-way trip, as in most dung beetles. The trip here is repeated back and forth between a provisioning site and a nest site. And watch, you're going to see another South African crime taking place right now. (Laughter) And his neighbor steals one of his dung pellets.
Ещё один интересный аспект в поведении навозных жуков: жук добывает корм и снабжает своё гнездо продовольствием. Посмотрите на этого жука, он пытается сделать гнездо. Первое место ему не пришлось по вкусу, и он выбрал второе. Через 50 минут гнездо готово, и он начинает добывать корм и снабжать гнездо продовольствием в виде кучки шариков сухого навоза. Обратите внимание на его путь из гнезда, и сравните с тем, как он возвращается в гнездо. По большому счёту видно, что путь к гнезду намного прямее, чем из гнезда. По пути из гнезда жук всегда высматривает новый навозный шарик. По пути обратно он знает, где его дом, и идёт прямо к нему. Здесь важно заметить, что это не путешествие в одну сторону, как у большинства навозных жуков. Путешествие многократно повторяется туда и обратно от источника пищи к гнезду. Смотрите, сейчас будет ещё одно южноафриканское преступление. (Смех) Его сосед крадёт один из навозных шариков.
So what we're looking at here is a behavior called path integration. And what's taking place is that the beetle has got a home spot, it goes out on a convoluted path looking for food, and then when it finds food, it heads straight home. It knows exactly where its home is. Now there's two ways it could be doing that, and we can test that by displacing the beetle to a new position when it's at the foraging site. If it's using landmarks, it will find its home. If it is using something called path integration, it will not find its home. It will arrive at the wrong spot, and what it's doing here if it's using path integration is it's counting its steps or measuring the distance out in this direction. It knows the bearing home, and it knows it should be in that direction. If you displace it, it ends up in the wrong place. So let's see what happens when we put this beetle to the test with a similar experiment.
То, что мы здесь видим, называется интегрирование по пути. Здесь у жука есть дом, из которого он выползает и направляется по извилистому пути в поисках пищи, и найдя её, возвращается домой по прямой. Он точно знает, где его дом. У жука есть два способа, как это сделать, и мы можем это проверить, переместив жука в другое место с продовольствием. Если насекомое использует земные ориентиры, то оно найдёт свой дом. А если жук использует, то, что называется интегрирование по пути, то он не найдёт дом и приползёт в неправильное место. В случае использования интегрирования по пути жук считает шаги или измеряет расстояние в этом направлении. Он знает месторасположение дома и знает, что дом должен быть в том направлении. Если жука переместить, то он приползёт не в то место. Итак, давайте посмотрим, что произойдёт, если провести с этим жуком такой эксперимент.
So here's our cunning experimenter. He displaces the beetle, and now we have to see what is going to take place. What we've got is a burrow. That's where the forage was. The forage has been displaced to a new position. If he's using landmark orientation, he should be able to find the burrow, because he'll be able to recognize the landmarks around it. If he's using path integration, then it should end up in the wrong spot over here.
Вот наш хитрый экспериментатор. Он перемещает жука, и сейчас мы увидим, что же случится. Вот норка. Здесь был корм. Его переместили в новое место. Если жук использует ориентиры на местности, то он сможет найти норку, потому что он узнает ориентиры вокруг неё. Если жук использует интегрирование по пути, тогда он приползёт сюда — в неправильное место.
So let's watch what happens when we put the beetle through the whole test. So there he is there. He's about to head home, and look what happens. Shame. It hasn't a clue. It starts to search for its house in the right distance away from the food, but it is clearly completely lost. So we know now that this animal uses path integration to find its way around, and the callous experimenter leads it top left and leaves it. (Laughter)
Итак, давайте посмотрим, что произойдёт, когда мы проведём эксперимент с жуком. Вот он там. Он собрался домой и смотрите, что происходит. Стыд и срам. Жук не имеет понятия, что случилось. Жук начинает искать дом на правильном расстоянии от корма, но он совсем потерялся. Теперь мы знаем, что это насекомое использует для ориентации интегрирование по пути, а жестокий экспериментатор направляет жука влево и оставляет. (Смех)
So what we're looking at here are a group of animals that use a compass, and they use the sun as a compass to find their way around, and they have some sort of system for measuring that distance, and we know that these species here actually count the steps. That's what they use as an odometer, a step-counting system, to find their way back home. We don't know yet what dung beetles use.
Итак, мы видим, что есть группа насекомых, которые используют компас, в качестве компаса выступает солнце, которое позволяет жукам сориентироваться, у них есть своего рода система для измерения расстояния. Также мы знаем, что эти виды считают шаги. Они используют это как одометр — систему подсчёта шагов для поиска дороги домой. Мы ещё не знаем, что используют навозные жуки.
So what have we learned from these animals with a brain that's the size of a grain of rice? Well, we know that they can roll balls in a straight line using celestial cues. We know that the dance behavior is an orientation behavior and it's also a thermoregulation behavior, and we also know that they use a path integration system for finding their way home. So for a small animal dealing with a fairly revolting substance we can actually learn an awful lot from these things doing behaviors that you and I couldn't possibly do. Thank you. (Applause)
Что же мы узнали о насекомых, имеющих мозг размером с рисовое зерно? Мы знаем, что они могут перекатывать шарики по прямой, используя небесные сигналы. Ещё мы знаем, что танец — это поведенческая черта для ориентации в пространстве и терморегуляции, а также мы узнали, что они используют систему интегрирования по пути в поисках дороги домой. Итак, у маленького насекомого, имеющего дело со столь противным материалом, мы можем узнать очень много вещей, которые для нас с вами невозможны. Спасибо за внимание. (Аплодисменты)