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Chemoreception, Odor Landscapes, and Foraging in Ancient Marine Landscape
A computer model has been developed that attempts to mimic how marine organisms locate food sources, in particular when the food is distributed in isolated patches on the sea floor. The results from this model suggest that increases in the complexity of the seafloor early in the history of animals may have played a major role in the origins of antennae and other sensory organs. |
Quimiorecepción, paisajes odoríferos y búsqueda de alimento en AMBIENTES marinos DEL PASADO
Para muchos organismos, la quimiorecepción es crítica en actividades tales como la búsqueda del alimento, la detección de parejas potenciales y la elusión de posibles depredadores. El patrón espacial de olores, el paisaje odorífero, es función de la distribución de las fuentes de olor y de la dinámica de fluídos. Los organismos microscópicos, y probablemente la mayoría de la infauna, se encuentran en un entorno físico en el cual la detección de olores distantes está controlada por la difusión y el movimiento que tiene lugar en respuesta a gradientes químicos. En los organismos más grandes, la detección química de estas fuentes de olor está ampliamente controlada por la turbulencia y así por las temporal y espacialmente complejas columnas de olor.
Un modelo individualizado de movimientos espaciales explícitos permite valorar la importancia del contacto y la quimiorecepción a distancia en los movimientos de búsqueda de alimento en ambientes parcheados y espacialmente heterogéneos. Las curvas de ganancia permiten comparar la importancia del rango sensorial en entornos con diferente grado de parcheado. Al incrementarse éste, la quimiorecepción a distancia aumenta su importancia para una eficiente búsqueda de alimento.
Los patrones de movimiento dentro de los parches son diferentes de aquellos dentro de los parches. La distribución espacial de los recursos, por tanto, debería ser el principal controlador de la geometría del rastro.
Durante el intervalo Ediacarense-Cámbrico, la complejidad espacial y el parcheado del paisaje odorífero marino pueen haberse incrementado debido a la disrupción del estilo Neoproterozoico de sustratos ligados a microorganismos y el empaquetamiento de la biomasa dentro de carcasas espacialmente discretas y pellets fecales. Al mismo tiempo, los bilaterados, móviles y de mayor tamaño, habrían entrado en regímenes fluídos dominados por turbulencia. Estos cambios podrían ser parcialmente responsables de la evolución de los órganos sensoriales externos de los animales bilaterales.
PALABRAS CLAVE: icnofósiles, modelizado, teoría de la búsqueda de alimento, paisajes odoríferos, quimiorecepción
Translator: Manuel Salesa
LA CHIMIORÉCEPTION, LES PAYSAGES ODORANTS, ET LA RECHERCHE DE NOURRITURE DANS LES ENVIRONNEMENTS MARINS ANCIENS
Pour beaucoup d’organismes, la chimioréception est essentielle à l’accomplissement de diverses activités, qu’il s’agisse de chercher de la nourriture, de détecter des partenaires potentiels ou d’échapper aux prédateurs. L’organisation spatiale des odeurs, ou paysage odorant, est fonction de la distribution des sources d’odeurs et de la dynamique des fluides. Les organismes microscopiques, et probablement la plupart des animaux fouisseurs, vivent dans un environnement physique où la détection des sources d’odeurs distantes est contrôlée par la diffusion et le mouvement qui ont lieu en réponse à des gradients chimiques. Chez les organismes de plus grande taille, la détection chimique des sources distantes est contrôlée en grande partie par la turbulence et donc par des panaches d’odeurs qui sont spatialement et temporellement complexes.
Un modèle de déplacement spatialement explicite et fondé sur l’individu permet d’examiner l’importance de la chimioréception distante et de contact pour la quête de nourriture dans les environnements hétérogènes et morcelés. Les courbes de gain permettent de comparer l’importance du champ sensoriel dans des habitats présentant différents degrés de morcellement. À mesure que le morcellement augmente, la chimioréception à distance devient de plus en plus importante dans la recherche efficace de nourriture. La répartition des mouvements au sein des parcelles d’habitat est différente de celle observée entre ces parcelles. La distribution spatiale des ressources devrait donc exercer une influence considérable sur la géométrie des empreintes fossiles.
Au cours de l’intervalle Édiacarien-Cambrien, la complexité spatiale et le morcellement du paysage odorant marin a pu s’accroître à la suite d’une perturbation des substrats à agglutination microbienne et d’une réorganisation de la biomasse en carcasses et excréments bien délimités dans l’espace. À ce moment, les bilatériens mobiles non-fouisseurs de plus grande taille auraient colonisé un régime liquide dominé par la turbulence. L’évolution des organes sensoriels bilatéraux externes pourrait s’expliquer, en partie, par ces changements.
Mots-clés: empreintes fossiles, modélisation, théorie de la quête alimentaire, paysages odorants.
Translators: Michel Chartier and Martin Dubreuil
CHEMOREZEPTION, GERUCHS-LANDSCHAFTEN UND NAHRUNGSSUCHE IN URTÜMLICHEN MARINEN LANDSCHAFTEN
Für viele Organismen ist die Chemorezeption entscheidend für viele Handlungen, wie z. B. die Nahrungs- und Partnersuche oder dem Ausweichen möglicher Freßfeinde. Die räumliche Verteilung von Gerüchen, die Geruchs-Landschaft, ist eine Funktion der Verteilung der Geruchsquellen und der Dynamik von Flüssigkeiten. Mikroskopische Organismen (Mikroorganismen) und vermutlich auch die meisten infaunalen Organismen befinden sich in einem physikalischen Bereich, in dem die Erkennung entfernter Geruchsquellen von Diffusion und Bewegung aufgrund chemischer Gradienten abhängig ist. Bei größeren Organismen ist die chemische Erkennung entfernter Geruchsquellen überwiegend durch Turbulenzen kontrolliert, und daher von räumlich und zeitlich komplexen Geruchs-Fahnen bestimmt.
Ein auf Individuen basiertes detailliertes räumliches Bewegungs-Modell erlaubt die Untersuchung der Bedeutung von Kontakt- und Fern-Chemorezeption bei der Nahrungssuche in räumlich heterogenen und ungleichmäßigen Umgebungen. Vorteilskurven ermöglichen den Vergleich der Bedeutung der Sensor-Reichweite in Szenarien mit unterschiedlichem Ausmaß an räumlicher Inhomogenität. Fern-Chemorezeption wird zunehmend wichtiger für die effiziente Nahrungssuche, je uneinheitlicher die Umgebung ist.
Bewegungsmuster innerhalb eines Besiedlungsgebiets unterscheiden sich von denen zwischen Gebieten. Die räumliche Verteilung von Ressourcen sollte daher einen großen Einfluß auf die Spuren-Geometrie haben.
Während des Ediacara-Kambrium-Intervalles könnte die räumliche Komplexität und Unregelmäßigkeit der marinen Geruchs-Landschaften angestiegen sein, bedingt durch die Störung der im Neoproterozoikum auftretenden mikrobiell gebundenen Substrate, sowie dem Verpacken von Biomasse in räumlich getrennten Kadavern und Kotkügelchen. Gleichzeitig drangen größere und mobile, nicht infaunale, bilaterale Tiere in einen flüssigen Bereich ein, der durch Turbulenzen beherrscht wurde. Diese Änderungen sind vielleicht teilweise verantwortlich für die Evolution von externen bilateralen Sinnesorganen.
SCHLÜSSELWÖRTER: Spuren-Fossilien, Modellierung, Theorie der Nahrungssuche, Geruchs-Landschaften, Chemorezeption
Translator: Franziska Großmann
LA CHEMORICEZIONE, LA DISTRIBUZIONE DEGLI ODORI NELLO SPAZIO ED IL FORAGGIAMENTO IN AMBIENTI MARINI DEL PASSATO
Per molti organismi la chemoricezione è essenziale per attività quali il foraggiamento, il riconoscimento di potenziali partner e la necessità di evitare possibili predatori. La distribuzione degli odori nello spazio, o paesaggio d'odore, e' funzione della distribuzione delle fonti d'odore e della dinamica dei fluidi. Sia gli organismi microscopici che, probabilmente, la maggior parte dell'infauna bentonica vivono in un ambiente fisico dove il riconoscimento di sorgenti odorifere distanti è controllato dalla diffusione e dal movimento che avviene in risposta a gradienti chimici. Per gli organismi di dimensioni maggiori, il riconoscimento chimico di sorgenti distanti è invece largamente controllato dalla turbolenza e quindi da pennacchi odorosi complessi, sia nello spazio che nel tempo.
Un modello individualistico di un movimento spazialmente esplicito permette di analizzare l'importanza del contatto e della chemoricezione a distanza per i movimenti che avvengono ai fini della ricerca di cibo in ambienti spazialmente eterogenei ed a zone, od aree, isolate. Curve di guadagno sonoro permettono di comparare l'importanza dei diversi livelli sensoriali a seconda del diverso grado di zonazione. Al crescere dell'isolamento delle differenti aree la chemoricezione a distanza diventa sempre più importante ai fini di un foraggiamento efficiente.
Le modalità di movimento all'interno delle diverse aree sono diverse da quelle tra le aree stesse. Ne consegue che la distribuzione spaziale delle risorse dovrebbe costituire uno dei controlli principali della geometria della curva in questione.
Durante l'intervallo Ediacarano-Cambriano, la complessità spaziale e la zonazione del paesaggio d'odore marino possono essersi accresciuti a causa della interruzione dei substrati con legame microbico di stile Neoproterozoico e della concentrazione della biomassa in carcasse ed in resti fecali (pellets). Alllo stesso tempo, gli organismi a simmetria bilaterale di maggiori dimensioni e non appartenenti all'infauna sarebbero entrati in un regime di fluidi dominato dalla turbolenza. Questi cambiamenti possono essere in parte responsabili dell'evoluzione degli organi sensoriali bilaterali esterni.
PAROLE CHIAVE: fossili di tracce, modelli, teoria del foraggiamento, paesaggi d'odore, chemoricezione
Translator: Alessandro Grippo
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Chemorecepcja, pejzaż zapachowy i myszkowanie w poszukiwaniu pożywienia w pradawnych morskich krajobrazach
Dla wielu organizmów, chemorecepcja jest krytyczna dla takich czynności jak myszkowanie w poszukiwaniu pożywienia, detekcja potencjalnych partnerów, czy unikanie drapieżników. Przestrzenne rozmieszczenei zapachów, pejzaż zapachowy, to funkcja rozmieszczenia źródeł zapachu i dynamiki płynów. Mikroskopijne organizmy, oraz prawdopodobnie większość organizmów inafaunalnych, znajdywały się w krainie fizycznej, w której detekcja dalekich źródeł zapachu była kontrolowana przez dyfuzję i ruch jaki ma miejsce przy odpowiedzi na gradient chemiczny. Dla większych organizmów chemiczna detekcja dalekich źródeł była w większości kontrolowana przez turbulencje, a więc przez przestrzenne i czasowe kompleksy słupów.
Bazowany na konkretnych przypadkach, przestrzennie jednoznaczny model ruchu pozwala na zbadania istotności bliskiej i dalekiej chemorecepcji dla ruchów myszkujących w poszukiwaniu pożywienia w przestrzennie heterogenicznych i płatowych środowiskach. Uzyskane krzywe pozwalają na ustalenie zakresu sensorycznego w zależności od płatowości porównywanych środowisk. Wraz ze wzrostem płatowości, daleka chemorecepcja zyskuje na znaczeniu dla wydajnosci myszkowania w poszukiwaniu pożywienia.
Wzory ruchu na płatach są inne od tych pomiędzy nimi. Przestrzenne rozmieszczenie zasobów było więc głównym czynnikiem w geometrii ruchu.
Podczas ediakaru-kambru, komplikacja przestrzenna i płatowość morskich pejzaży zapachowych mogły wzrastać wraz z upadkiem związanych mikrobiologicznie w stylu neo-proterozoicznym osadów i upakowaniem biomasy na rozproszonych padlinach i kupkach. W tym samym czasie większe i nie-infaunalne ruchliwe dwuboczne wkroczyły w reżim wodny zdominowany przez turbulencje. Te zmiany mogą być częściowo odpowiedzialne za ewolucję zawnętrzych organów sensorycznych dwubocznych.
Słowa kluczowe: skamieniałości śladowe; modelowanie; teoria myszkowania; pejzaż zapachowy; chemorecepcja
Translators: Dawid Mazurek and Robert Bronowicz
Chemoreception and Foraging
Plain-Language &
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Model Description
Results | Discussion
| Acknowledgements |
References
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