Navigering og orientering

(fra kap. 5 i boka: By Design av Dr. Johathan Sarfati)

Hvordan finner dyr veien, både i migrering og mer lokal navigering? De må ha mekanismer både for å finne kursen og vite når den skal endres. Noen skapninger gjør seg nytte av jordas magnetfelt og solas polarisasjonsretning (radioteknikk). Det viser seg at dyrene ofte besitter forbløffende programmerings-maskineri, selv om det utføres av knøttsmå hjerner.

Bier inspirerer flyvende robot design
Honningbier navigerer med en raskhet, som enhver stuntpilot ville misunne dem. Likevel er deres 'navigerings programvare' pakket inn i en hjerne på størrelse med et sesamfrø. Deres teknikk studeres nå nøye, med planer om å implementere dem flyvende miniatyr-roboter, og ubemannede planet-utforskings sonder (2).

Hvordan bier navigerer?
Bier har fartskalibrering, gyroskop og et 'kompass' som oppdager sollysets polarisering (radioteknikk). De har UV-sensorer for å spore horisonten for å måle helning, og to sammensatte øyne, hvert bestående av 7.000 seks-kantete-fasetter. Disse fasettene er sub-øyne som består av fine rør, og inneholder sin egen linse og lys-oppdagings celler. Hvert rør peker i en litt ulik retning, som muliggjør et bredt synsområde (se Synsans). Og de er supre til å oppdage bevegelse, siden en liten endring innebærer at en annen fasett oppdager bildet.

Bilde 1. Bi-navigering inspirerer roboter

Optisk flyt
Forskere har nå oppdaget at bier benytter bevegelses-sporing for navigering. Om vi forestiller oss å sitte i en bil som kjører framover i fart, så synes et nært-stående gjerde å 'suse bakover', mens objekter lenger unna, synes å flytte seg sakte bakover, og skyer synes nesten å reise sammen med oss. Flytting av bilder, kalles optisk flyt, og dess raskere noe synes å flytte seg, desto nærmere er det for den som observerer. Forskere lot bier fly i en vindtunnel, der mønstre på veggen kunstig kunne flyttes. Om mønstre på veggen beveget seg med biene, i stedet for å stå stille, trodde biene at de selv fløy saktere, og økte farten. Ut fra dette vil bier fly raskt over åpne områder, der omgivelsene 'nesten står stille' i forhold til dem, mens de vil saktne farten i smalere områder eller vike unna, om bilder plutselig begynner å bevege seg veldig fort på ene siden. Honningbier benytter også 'optisk flyt' for å måle avstand til matkilder(3), som de kommuniserer til hverandre i en spesiell vaggende dans ('honning-dansen') (4). Forskere testet dette ved å la bier fly gjennom trange tuneller, som genererte større optisk flyt -som biene tolket som at de fløy lengre. Så kommuniserte de denne 'villedningen' til andre bier, som søkte etter mat på større avstand. Optisk flyt krever kontrast i omgivelsene, slik at bilder skifter nok til å være gjenkjennbare. Dette fungerer meget bra i naturen, og feiler bare i kunstige omgivelser, som vinduer av glass eller malte vegger, som forklarer hvorfor bier av og til er desorienterte og spretter av disse overflatene.

Flyvende roboter
Optisk flyt kan løse problemer som er uløselige med konvensjonelle styrings-systemer. GPS støtter seg til satellitt-kart, men en fiende kan støylegge satellitt-signaler, og det fungerer da bare på pre-kartlagte objekter. For en romsonde på Mars, så tok signaler 11 minutter å nå de 190 millioner km, så roboten måtte bevege seg i en snegles fart, 52 meter på 30 dager. Om den beveget seg raskere, kunne den falt i en bresprekk før hovedkontrollen visste at roveren var i fare, og langt mindre få sendt signaler om å endre kursen.
Til kontrast ville optisk styring tillate en robot å være selv-styrende. En prototype på 1,5 m langt og 7-kg helikopter, kan benytte optisk flyt til å sirkle på ett sted. Men det er ett 'lerret å bleke' før den kan navigere i vindfylte dalfører, og computer-programmet er ennå ikke ferdigstilt. Det trenger også kraftige Pentium-chips for å opereres. Men en spesielt designet chip som bedre simulerer biens energi-effektive design, kan utgjøre en reduksjon på 100 ganger kraftforbruk, og 10 gangers vektreduksjon (2). Ingeniørenes robot er også 100 ganger så lang og 10.000 ganger så tung som honningbien. F.eks. virker ikke gir og trinser skikkelig, når en lager miniatyrmodeller av dem. De planlegger å simulere aerodynamikken til insekter, som flakser med vingene ved å vibrere sitt ytre skall (exoskeleton). Insekters vinger flyr med en meget kompleks bevegelse, som roterer og endrer helning for å oppnå ønsket løft. Algoritmen for denne bevegelsen har tidligere blitt programmert inn i robot-simulanter av flyvende insekter (5,6).

Øyestikkerens sporings-system
Det har lenge vært kjent at øyestikkere er fram-ifra flyvere. Og nyere forskning viser at de kan spore andre insekter med utrolig intrikat manøvrering, som får dem til å virke statisk posisjonert i forhold til byttet (8). Siden sammensatte insektøyne er fantastisk gode i å oppdage de minste bevegelser (se optisk flyt-ovenfor). så må flyvnings-systemene ha forbløffende kontrollsystemer. Det ville være meget nyttig å virke stasjonær i forhold til målet de sniker seg innpå.
En kort rapport i New Scientist sier: "Øyestikkere overgår sine fiender i komplekse manøvrer, som en militær jagerpilot bare kan drømme om... Det krever nøyaktig posisjons-sansning og kontroll."(9). Forskeren Akiko Mizytani ved Centre for Visual Science ved National University i Canberra sa: 'Den slags opptreden er meget vanskelig å oppnå, uten meget kostbare og uhåndterlige målingssystemer."(9) Det som innovative menneskelige designere ikke kan oppnå med uhåndterlige målingssystemer, programmerte øyestikkerens skaper inn i dens vesle hjerne. Likevel tror evolusjonister at dette utviklet seg med tid og tilfeldighet..

Bilde 2. Øyestikker

Magnetisk navigering
Magnetiske kompass har vært vitale for navigering, i det de tillater mennesker å benytte jordens magnetiske felt for å fortelle retningen. Nå har nylige eksperimenter vist at noen organismer også navigerer ved å bruke egne 'kompass'. På ulike steder på jorda, så er styrken og skråstillingen den treffer jorda med ulike. Så om organismer kunne merke forskjellene, ville de ha noe liknende lengde- og bredde-gradsavslesning på ett kart.
Den berømte britiske evolusjonist (og kommunist) J.B.S. Haldane (1892-1964) innrømte i 1949 at evolusjon aldri kunne produsere 'varierende mekanismer, som hjulet og magneten, som ville være unyttige inntil de var nesten ferdige." (10) Etter hans utsagn skulle funn av slike 'maskiner' i organismer vise at evolusjonsteorien er feilaktig. Skilpadder som benytter magnetiske sensorer, har oppfylt ett av Haldanes kriterier. Og enkle bakterier propell-drives framover av 'elementærtråder' (flagellum). Den drives framover av en propell-drevet motor, en meget kompleks type av hjul, som således fullfører Haldanes 2.kriterium.

Skilpadder kan lese magnetiske kart
Magnetisk navigasjon er viktig for unge skilpadder (Caretta caretta) som lever innen den nord-atlantiske virvelstrømmen. Forskere har vist at (12) skilpadden benytter magnetiske målinger for å forbli i virvelstrømmen. De plasserte skilpadder i vanntanker omgitt av elektriske coiler, som genererte ett magnetisk felt. Når feltets skråvinkel var det samme som til nordlig/sørlig grense av virvelstrømmen, snudde de og svømte motsatt retning. I andre eksperiment holdt de skråstillingen konstant, men varierte styrken på magnetfeltet i tanke. Når styrken var den samme som på vestlig/østlig grense, snudde skilpaddene og svømte andre veien.

Bakterielle kompass (13)
Noen bakterier trives i slam, men tåler ikke oksygen. Det er i deres interesse å vite hvilken vei er 'ned', så de kan svømme bort fra overflaten der de blir utsatt for oksygenholdig luft. Mikroskopiske organismer har ikke gravitasjon til å hjelpe seg med retningen. I stedet benytter de jordas magnetfelt til å orientere seg, og igjen er det hellingsvinkelen som er viktig. I 1970-åra ble det vist ved kunstige magneter at bakteriene beveget seg mot magnetisk nord/sør-pol, alt etter hvilken jord-halvdel de var på, der magnetisk helningsvinkel var størst. Den berømte evolusjonisten St. J. Gould (1941-2002) proklamerte den nye magnetiske bakterien å være ett 'slående eks. på god design': en organisme som bygger en flott maskin innen egen kropp. Maskinen en magnet, organismen en 'laverestående' bakterie."(15) Som agnostiker og Marxist kunne ikke Gould trodd at design krever en Designer, men forklaringen passer.

Migrerende fugler
Mange typer fugler migrerer tusener av km. Hvert år trekker den kort-halede 'muttonbird' 13 tusen km. fra Australia til Alaska. Storspove flyr 8 tusen km. non-stop tvers over Stillehavet. Men slås av spoven som flyr fra sør-Alaska og ikke hviler før New Zealand, 11 tusen km. unna. Primærgrunn til å emigrere synes å være matforsyning: Fugler som kan finne mat i løpet av vinteren emigrerer sjelden, mens nesten alle fuglearter som emigrer avhenger av vær-sensitive mat-forråd. Migrering gir to hovedproblem: hvordan de kan fly så langt og hvordan de finner veien.

Energi for flyturen
Energiproblemet løses ved å spise intensivt og lagre mye fett. Fuglene avsondrer fettet mellom vev og organer, så det ikke går ut over musklene. Fettet inneholder mye mindre vann enn ordinært fett. Fuglene trenger ikke vannforsyning, fordi de oppnår det ved å forbrenne fett, akkurat som kameler gjør med sine pukler: hydrogen-atomene i fettet kombineres med oksygen og danner vann (H20). Dette fettet er en fremragende energiressurs. Den svarthodede skogsangeren flakser ca. 3 million ganger med vingene. Forbrenningen kan beregnes til 0,33 ml pr 100 km. Stillehavs-heiloen (Golden plover) akkumulerer 70 gr. ekstra fett, halvparten av normal kroppsvekt. Det er nesten det som trengs for å fly fra Alaska til Hawai (4.500 km som tar 88 timer i 51 km/t). Det er meget effektivt: den omgjør 0,65% av kroppsvekta til energi pr. flytime, sammenlignet med helikopter, bruker det 7 ganger mer, mens et jetfly bruker 20 ganger mer. Grunnen til at heiloen når fram, skyldes at den flyr i flokkvis V-formasjon. Dette sparer hver fugl i gjennomsnitt 23% energi (19). De skifter på å være i spissen, der de ikke sparer energi.

Bilde 3. Golden-plover (han)

3D-magnetisk kompass
Det er blitt foretatt røntgen-undersøkelser av brevduer. Det ble funnet bittesmå jernholdige partikler i nerve-gangene innenfor huden. Partiklene består av 90% maghemitt og 10% magnetitt, og er arrangert i komplekse 3 dimensjonale mønstre. Det tillater fuglene å analysere de tre komponentene til magnetiske felt, i.e. de fungerer som et tre-akse magnetometer. Fleissner og kolleger skriver: "Jern basert magnetiske-reseptorer krever nærvær av begge disse mineralene, deres spesifikk dimensjoner, form og arrangement, tre ulike sub-cellulære avdelinger. (20) Henviser til kilden når det gjelder begrunnelsen: https://neurophilosophy.files.wordpress.com/2007/03/03-07pigeonsfulltext.pdf.

Bilde 4. Snitt fra 3-dim. magnetisk partikkel

Å finne destinasjonen

Hvordan finner migrerende fugler sitt bestemmelsessted, som de aldri kan ha sett før? De må være i stand til både å orientere seg, som krever et slags kompass, og navigere, som krever et kart. Bare én av disse ville ikke tillate lange migreringer. Det synes som fuglene nyttiggjør seg en rekke ulike metoder, inkl. sol, stjerner og geografiske landemerker og atmosfæriske spor, så vel som magnetiske felter. Men hvordan fant de sine bestemmelsessteder, særlig siden kontinentene har driftet? (23) Det synes som fugler er programmert til å migrere i en viss retning, og denne programmeringen arves. Men det synes også å være visse arvelige variasjoner i denne programmeringen. (17) Eksperiment med svarthodede munker støtter teorien med arvelige variasjoner i orientering. Disse fuglene migrerer vanligvis fra Norge til til Middelhavet og Afrika, men siden 1950-tallet har forskere funnet at flere har landet i England. Avkom av engelske fugler orienterte seg etter en kompasskurs på 273 grader, mens de fanget i Tyskland forsøkte å flyt etter en tradisjonell retning på 227 grader (mot Spania).

Effektiv rute
Men arktiske kystfugler følger ikke bare linjene til konstante magnet-retninger. De flyr i store sirkel-ruter (otrhodromes). En 'stor sirkel' er formet av skjæring mellom en kule og ett plan som går gjennom den senter. Dette gjør de fordi det er korteste flyveavstand mellom to punkter på en kuleoverflate. Dette er vanskelig å utføre, fordi kompasset endrer seg hele tiden. Interkontinentale flyruter benytter store sirkler, som gjør at de ser buet ut på flate kart. De arktiske kystfuglenes store sirkel-ruter, har en trygg matematisk basis: Denne kurven genereres ved et tids-kompenserende sol kompass, uten å resette fuglenes interne klokke, mens de reiser over suksessive tidssoner.(24)

Bilde 5. Seileren kan navigere i halvsøvne

Seilere navigerer i (halv)søvne (25)
Seilere flyr ofte i store høyder om natten (3000 m), så høyt som små privatfly. Likevel har seilere mer sofistikert navigasjons evner, og de gjør det mens halvparten av hjernen deres er 'slått av'. Johan Bäckmann, en ekspert på fugle-emigrering, ved Lund universitet i Sverige, studerte over 2200 seilere via radar. Han fant at de holdt seg på kurs ved en uventet metode. Heller enn å benytte landemerker på bakken, bedømte de retning ut fra vinden (26). Bäckmann sa: "Vi fant at seilere har en ekstraordinær evne til å utføre orientering i forhold til vinden. Selv de mest avanserte fly, med gode navigerings-instrumenter, ville antakelig ikke være i stand til å bedømme vindavdreining slik som dette. Det bemerkelsesverdige er at de gjør dette gjennom natten og 'sover på vingene' i disse store høydene (27).

Stærflokker benytter avanserte beregninger

Store antall stærer flyr i flokk som utfører imponerende luftakrobatikk. Hvordan klarer de å fly i slike imponerende sammenhengende grupper? Et antall europeiske forskere tok del i et stærprosjekt for å finne ut hvordan så mange fugler kan fly unisont. De analyserte den tredimensjonale posisjonen til flere tusen individuelle fugler i flokken (29). Forskerne veltet om på tidligere forklaring om at hver fugl bare holder en bestemt avstand til nærmeste naboer. Dette er galt. I stedet synes hver står kontinuerlig å observere posisjonene til 6-7 av sine naboer. M.a.o. har stærer en pre-programmert numerisk objektsporende evne, i å beregne interaksjoner med andre fugler i flokken. Forskerne forklarte hvordan denne sporingsmetoden gjorde flokken i stand til å motstå forsøk fra rovdyr, til å ta bort avvikere, fordi: "Ved interaksjon innen et fast antall individer, så kan 'sammenklumpingen' være enten tett eller sparsommelig, den kan endre form, fluktuere og til og med splitte opp, og likevel beholde samme grad av samhold."
Ikke til å undres over at team-medlemmene har innrømt at disse stærene er mye flinkere enn de har fått kreditt for.

Migrerende monark sommerfugler (30)

Etter den er utklekket, så flyr denne iøynefallende sommerfuglen tusenvis av km, og navigerer ufeilbarlig for å nå en plass den aldri har sett. En berømt migrasjon er fra Nova Scotia, Canada til fjellene vest for Mexico City, ca. 5000 km. borte. Enda mer bemerkelsesverdig så lander de ofte i nøyaktig samme tre som foreldrene kom fra. Og dette kan de gjøre selv om de kommer hundrevis av km. ute av kurs.
Mye av hemmeligheten ved navigeringen ligger i solas posisjon. Monark sommerfuglen synes å bruke en liknende metode som mennesker har benyttet. (31)

Bilde 6. Monark sommerfugl (hun)

Å bestemme solas posisjon i forhold ti horisonten, ved ulike tider på dagen. Om du kjenner Greenwich tidtabell og har en 'Seilerens almanakk' som viser solas posisjon en bestemt dag og time, så kan hvert overblikk tillate at en linje trekkes på et kart. Skjæringen til disse linjene gir posisjonen. For at monark sommerfuglen skal benytte dette, må det være en slags innebygd klokke, så vel som innebygd almanakk over solas posisjon i forhold til dato og time. Monark sommerfuglen kan benyttet denne metoden selv på overskyede dager, fordi den kan oppdage polariserings-linjen til ethvert lys. Spredt lys er polarisert, så retningen til polariseringen tillater monarken å bestemme solas retning, selv i overskyet vær. Disse sommerfuglene har også ett innebygd kompass, så de kan 'sense' retningen fra jordas magnetiske felt. (32)

Maur: navigering ved avanserte beregninger (33)
Ørken mauren Cataglyphis fortis vandrer ofte hundrevis av meter i sik-sak stier etter mat. Den kan også finne veien til tua over en rute som den ikke har gått før, til tross for nesten total mangel på landemerker. Forskere fra Tyskland og Sveits (34) har utført nøyaktige eksperimenter som utelukket bruk av farge-spor, tid eller energi. F.eks. ble maurene testet for på uniformt gråe og jevne områder, der de feilfritt fant veien sin.
Bevisene er konsistente for at maur har et innebygd distansemåler, som utfører en komplisert matematisk operasjon 'path integration'. Ruta deles i små vektorer, hver med en viss lengde og retning, og de legges sammen for å gi 'hjemover'-vektoren, som gir retningen og totaldistansen til tua.
Men hva med humper i terrenget, som skulle arte seg som bakker og daler for mauren, og forårsake at den går lenger enn på flat mark? For å finne ut dette, trente forskerne en gruppe maur til å finne en matkilde i kupert terreng som lå 8,7 m unna, men bare 5,2m i luftlinje. Etter det jevnet de ut mellomliggende landskap. Maurene gikk så en mye kortere distanse, som var nesten lik avstanden i luftlinje. De ble ikke lurt. Dette fungerte også andre veien..

Bilde 7. Ørkenmauren Cataglyphis fortis

Dette innebærer at maurene tydeligvis kalkulerer den horisontale projeksjonen for aktuell rute. For å gjøre dette, må maurene ha en måte å estimere helningen, og multiplisere avstanden med cosinus til helningsvinkelen, om de skal finne ut korresponderende horisontale avstand. Nå bruker maurene antagelig den indre sansen, kalt proprioception, som dyr og mennesker benytter for å bestemme lokaliseringen til sine kroppsdeler. Maur måler sannsynlig helning ved samme mekanisme som de føler gravitasjon. De har proprio-septorer ved ulike ledd mellom bevegelige deler. Dette gjør det vanskelig å måle eksakte mekanismer. Den alternative mekanismen til horisontal projisering, er den enda mer avanserte tre-dimensjonale sti-integrasjon (35), som forskere planla å undersøke da boka ble skrevet (2008) .

Implikasjoner
Maurene benytter avansert programmering, enten det er horisontal eller 3D-integrasjon. Det er vanlig fornuft å forstå at et program krever en programmerer. Men den religiøse troen på naturalismens tilstrekkelighet, forårsaker at evolusjonister vil fornekte dette fornuftsbaserte synet. De kan finne på å hevde at en sans for hjemstedet kan blir utviklet av tilfeldige mutasjoner, som forårsaker gradvis større forbedringer. Men misforståelsen i dette, ligger i å anta at en liten endring i program, har små endringer i effekt. Menneskelige programmere vet at et lite steg i en algoritme, ofte har vidtrekkende konsekvenser, og at ett feilsteg kan få programmet til å krasje. Ett sti-integrerings-program måtte være fullt ut fungerende, ellers ville det være ubrukelig.

Referanser:

2. Fox, D. Electric Eye, New Scientist 171(2305): 38-42; 2001

3. Esch, H. et. al, Honeycombe bee 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. On a wing and a vortex, New Scientist 156(2103):24-27, 1997

6. Insects: Defying the laws of aerodynamics? Creation 20(2):31;1998 http://creation.com/flying-high#defying

8. Mitzutani et al, Motion camoflage in dragonflyes, Nature 423:604, 2003

9. anon, How stealthy insects outsmart their foe, New Scientist 178(2398):26; 2003

10. Is Evolution a Myth? A Debate between D. Dewar og L.M.Davies vs. J.B.S. Haldane, s.90, Watts & Co. Ltd/Paternoster Press, London 1949

12. Torr, G. Magnetic map readers, Nature Australia 25(97): 7-8; Winter 1997

13. Helder, M. The worlds smallest compasses: An amazing discovery of how humble bacteria can sense direction; Creation 20(2):52-53; http://creation.com/the-worlds-smallest-compasses

15. Gould, S.J, Perceptive bees, birds and bacteria, Natural History, 88:25-30, Nov. 1979

17.Etter: Catopole, D, Wings on the wind: How do migrating birds know exactly when and where to go? Creation 23(4): 16-23 http://creation.com/wings-on-the-wind

19. Gitt, W. og Vanheiden,K.-H.; If animals could talk, Christliche Literatur-Verbereitung e.V, Bielefeld Germany, s.107-115, 1994

20. Fleissner et al., A novel concept of Fe-mineral based magnetoreception: histological and physiochemical data from dhe upper beak of homing pigeons, Naturwissengechaften, 2007

23. http://creation.com/probing-the-earths-deep-places

24. Alerstam, T. et al, Migration along orthodromic sun compass routes by Arctic birds, Science 291(5502): 300-303, 2001; Wehner, R., Bird navigation -computing orthodromes. Perspective same issue. ss.264-265

25. Etter Safari J. Fancy flying from advanced automatics: the design of swifts and jet fighters; Creation 29(1): 37-39, 2006

26. Bäckmann J, og Alterstam T., Harmonic oscillatory orientation to the wind in nocturnal roosting flights of the swift Apus apus, J.Esp. Biol. 205:905-910, 2002

27. Sitert i Day, E., Revealed how the swift keeps to its course at 10.000 feet -even as its sleeps. Sunday Telegraph, s.11, 14.mars, 2004

28. Etter Bell, P., Bird behaviour beliefs overturned: A tale of the hummingbird and the starling.

29 Ballerini, M. et al, Interaction ruling animal collective behaviour depends on topological rather than metric distance: Evidence from a field study, Proc. Nat Acad Sci. USA 105(4):1232-2237; 2008

30. http://creation.com/the-magnificent-migrating-monarch

31. Sun compass in monarch butterflies, Nature 387: 29, 1997

32. Science News, 27. Nov. 1999, s.343; Creation 2(4): 5-7, 2000

.33. Etter Sarfati, J., Ants find their way by advanced mathematics, J.Creation 15(2):11-12, 2001 http://creation.com/ants-find-their-way-by-advanced-mathematics

34. Wolgemuth, S., Ronacher, B. og Wehner, R., Ant odometry in the third dimension, Nature 411(6839): 795-798, 2001

35. Srinivasan, M.V., Homing in on navigation (kommentar på 34); Nature 411(6389): 752-753, 2001

Extra: Dinosaurer uten fjær