Prevedere le prestazioni di animali migratori ingenui, da molti torti a se stessi

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1058 (2022) Citare questo articolo

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L'orientamento migratorio di molti animali è ereditabile, consentendo agli individui inesperti (ingenui) di migrare in modo indipendente utilizzando una bussola geomagnetica o celeste. Resta irrisolto il modo in cui i migranti ingenui raggiungono in modo affidabile destinazioni remote, a volte correggendo errori di orientamento o spostamenti. Per valutare le prestazioni migratorie ingenue (arrivo riuscito), simuliamo e valutiamo i percorsi della bussola proposti per diverse popolazioni migratorie in volo, tenendo conto degli effetti della geometria sferica, della precisione della bussola, dei trasferimenti di indicazioni (ad esempio, bussola dal sole alle stelle) e della variabilità geomagnetica. Formuliamo come le direzioni della bussola solare con compensazione del tempo si correggono parzialmente, in base a come vengono aggiornati gli orologi interni. Per le migrazioni simulate su distanze più lunghe, le rotte della bussola solare con compensazione del tempo sono più resistenti agli errori e assomigliano più da vicino alle rotte conosciute. Per le migrazioni notturne a breve distanza, i percorsi geomagnetici o della bussola stellare sono più robusti, poiché non richiedono trasferimenti di segnali notturni. Il nostro studio predittivo fornisce una base per la valutazione della migrazione ingenua basata sulla bussola e dei meccanismi di autocorrezione, e supporta l’orientamento crepuscolare della bussola solare che è la chiave per molte migrazioni inaugurali a lunga distanza.

Le migrazioni stagionali degli animali si sono evolute attraverso i taxa su scale spaziali che vanno dai metri ai continenti1. Un fattore critico ma irrisolto per le popolazioni migratorie è il modo in cui gli individui inesperti (di seguito, ingenui) possono eseguire le migrazioni inaugurali attraverso habitat sconosciuti in condizioni imprevedibili. Si ritiene che i migranti esperti eseguano una vera navigazione, ovvero accedano al senso della mappa per stimare la direzione verso le destinazioni migratorie2,3,4. Tra i taxa migratori acquatici e terrestri, le rotte migratorie sono spesso trasmesse culturalmente da coorti esperte, attraverso segnali collettivi e sociali5,6. Tuttavia, molti migranti ingenui in volo completano i loro viaggi verso destinazioni remote specifiche della popolazione (di seguito, aree di destinazione) in modo indipendente2,7. Tra i migranti a lunga distanza, ciò viene generalmente ottenuto in sequenze di voli diretti giornalieri o notturni (di seguito, fasi di volo), intervallati da periodi di scalo prolungato (di seguito, stopover)7,8,9. Si ritiene che i migranti ingenui che viaggiano in modo indipendente compiano tali imprese seguendo direzioni migratorie ereditate, rideterminate all’inizio di ogni fase di volo utilizzando varie bussole migratorie geofisiche2,10. Tuttavia, la misura in cui tali rotte della bussola (spesso chiamate migrazione con orologio e bussola in letteratura) possono riprodurre in modo affidabile i modelli di migrazione osservati rimane incerta11,12,13,14.

Basandosi principalmente su individui in cattività, è stato dimostrato che uccelli e insetti ingenui ma pronti alla migrazione si orientano in modo coerente rispetto ai segnali direzionali sia geomagnetici che celesti2,10,15. Ad esempio, gli uccelli migratori possono identificare in modo innato l’asse geomagnetico Nord-Sud e distinguere il Nord magnetico (N) dal Sud (S) utilizzando l’inclinazione geomagnetica (l’inclinazione verticale del campo geomagnetico, verso il basso nell’emisfero N). A differenza della bussola geomagnetica, la capacità di mantenere le direzioni preferite rispetto al sole e alle stelle deve essere appresa prima della migrazione6,7. La bussola stellare aviaria identifica la N o la S geografica tramite il centro di rotazione celeste (15° all'ora in senso orario), ma non risponde agli spostamenti dell'orologio naturali o sperimentali, cioè non è compensata dal tempo16,17. Tuttavia, anche al di fuori dell'ambito migratorio, molti insetti18,19 e uccelli20,21 utilizzano una bussola solare con compensazione del tempo, ottenuta tracciando l'angolo di azimut del sole, cioè la proiezione orizzontale dell'arco giornaliero del sole nel cielo (teorie precedenti che proponevano la navigazione degli uccelli basata sull'altitudine del sole non è supportata16,21). La compensazione temporale basata sull'azimut del sole comporterebbe tassi di aggiustamento angolare differenziali durante il giorno (ad esempio, è più veloce a mezzogiorno) e varierebbe anche a seconda delle stagioni e delle latitudini22,23. Tuttavia, i segnali solari possono potenzialmente funzionare come una bussola limitata nel tempo, cioè attraverso periodi più brevi all'interno della giornata20. Un potenziale vantaggio della compensazione temporale in prossimità dell'alba o del tramonto è che l'azimut del sole si sposta poi attraverso l'orizzonte quasi alla stessa velocità angolare durante tutto l'anno (vale a dire, varia solo con la latitudine)22. Dato che il sole e le stelle sono spesso oscurati dal tempo o dalla topografia, forse non sorprende che molti migranti in volo possano anche orientarsi utilizzando modelli di luce polarizzata24,25, che è meno oscurata dalle nuvole15,26. Le bande di massima intensità della luce polarizzata sono infatti perpendicolari all'azimut del sole sia durante l'alba che al tramonto, il che, se calcolato in media, è stato proposto come un modo per i migranti di identificare l'asse geografico N–S24,27.

3.7, circular length > 0.85; see Supplementary Fig. 1 and Note 1)53. For error scenarios with multiple components, we also describe directional precision among flight-steps using the normal approximation \({\sigma }_{A+B}=\sqrt{{\sigma }_{A}^{2}+{\sigma }_{B}^{2}}\) (which also becomes poorer for σ > 30°; see Supplementary Fig. 1 and Note 1)./p>

3.7, circular length > 0.85), TCSC courses were feasible across longer longitudinal migration distances compared with other courses (especially magnetoclinic courses; Fig. 5a), and also outperformed fixed sun compass and magnetoclinic routes across their limited ranges (Fig. 5b–e). However, particularly for migration at mid-latitudes, cue-transferred TCSC courses lose their self-correcting advantage relative to non-transferred loxodromes, which they only outperform across longer-distance routes and with compass precision within ~15° (Fig. 5d)./p>

3.7, circular length > 0.85) is supported by nightly concentrations in flight direction among radar measurements of nocturnally migrating birds40,66. Increased benefits from more frequent than the hourly cue maintenance used in our simulations are presumably limited by motion and cue-related effects (Supplementary Fig. 1c). Evidence of larger variability in migratory directions en route11,12,36 likely relates in part to responses and adaptations to external environmental factors./p> 1) and nonexistent for North–South headings (G = 1, reflecting no longitude bands being crossed). We expected this factor to affect compass courses differentially according to their error-accumulating or self-correcting nature./p> 0 self-correction, and s represents a modulating exponential damping factor, consistent with the limiting circular-uniform case (as κ → 0, i.e., \({\sigma }_{{{\mathrm {step}}}}\to \infty\)), where no (timely) convergence of heading is expected with an increasing number of steps./p>