i

Aktuální číslo:

2018/12

Téma měsíce:

Jednotky SI

Psí mapy a kompas

Magnetická orientace savců deset let na scéně
 |  1. 10. 2018
 |  Vesmír 97, 586, 2018/10
 |  Téma: Navigace

Před deseti lety jsme referovali (Vesmír 87, 750, 2008/11) o nebývalém ohlasu, který vzbudil článek o nenáhodné orientaci skotu a jeho preferenci stavět se podle severojižní osy.1) Podobnou orientaci jsme pozorovali u srnčí zvěře a měřili u zálehů jelenů. Do povědomí čtenářů se však vryly „krávy“, a to nejspíše díky neortodoxní metodě sběru dat – odečítání z leteckých a satelitních snímků Google Earth – a taky proto, že tato pozorování mohl každý sám provést.

Zájem o kompasovou preferenci skotu neutuchal – byli jsme pozváni k natáčení reportáží BBC v Anglii a pro Discovery Channel v Texasu, přišla pozvání k řadě seminárních přednášek na univerzitách, ve výzkumných ústavech a na plenární přednášky na několika světových konferencích. Vzhledem k nebývalému počtu stažení článku a k rostoucí citovanosti nám časopis Proceedings of the American of Sciences (PNAS USA) nabídl prostor k publikaci další studie na podobné téma.

Magnetické krávy

Na tuto nabídku jsme odpověděli obratem. V záloze už jsme měli výsledky pozorování skotu (zase na snímcích Google Earth) a srnčí zvěře v terénu pod dráty vysokého napětí.2) Že vedení vysokého napětí ruší ve svém nejbližším okolí magnetické pole Země, je známo. Předpokládali jsme, že pokud je upřednostňovaná severojižní orientace skotu projevem magnetorecepce, bude v blízkosti vedení vysokého napětí tato orientace náhodná. To jsme potvrdili a naše práce prvně prokázala vliv oscilujících extrémně nízkofrekvenčních magnetických polí produkovaných vedením vysokého napětí na chování zvířat, a tedy zjevně biologickou interakci. Vliv vysokého napětí na zdraví lidí a zvířat je široce a s velkou kontroverzí diskutován a tato publikace vzbudila velký rozruch. Byla také vodou na mlýn českým skeptikům spolku Sisyfos. Ti nechtěli připustit, že by magnetické pole či jeho rušení mohlo mít nějaký biologický vliv, a magnetickou orientaci zvířat považují za výmysl. Zopakovali část naší první práce a upřednostňovanou severojižní orientaci skotu na záběrech Google Earth nepotvrdili.3) V odpovědi jsme ukázali, že nebylo divu – vždyť měřili orientaci skotu v blízkosti komunikací, na svazích, a mnohdy ani skot na snímcích nerozpoznali a zaměnili ho za balíky sena.4) Jejich vlastní data, očištěná od takových chyb, stejně jako nezávislá publikace z brněnské univerzity naše předchozí závěry potvrdily.5) Ukázalo se také, že kritici nepochopili smysl magnetické „orientace“ (alignmentu).

Magnetický alignment

Slovo alignment obecně znamená seřazení do řady (linie).6) Smyslový alignment pak znamená, že tato řada se vytváří na podkladě smyslového vnímání a vzhledem k nějakému orientačnímu či komunikačnímu signálu. Všichni známe termický alignment – orientaci podle zdroje tepla, resp. slunečních paprsků (při slunění, opalování), orientaci vzhledem ke směru větru či vodního proudu, vzhledem ke svahu, natočení ke zdroji informací a podobně. Ve všech případech takové postavení přináší výhody – šetří energii, zvyšuje pohodlí, umožňuje efektivní sběr informací. Studium alignmentu má heuristický potenciál – jedinec, který je hluchý nebo slepý, se nebude natáčet ke zdroji zvuku či světla. Avšak chybí-li určitá orientace, nic to neznamená, neboť rozhodující je i motivace. Kráva, která je zvědavá, se natočí směrem k příchozímu, bez ohledu na směr větru či směr slunečního záření. Postavení směrem ke zdroji informací je v tomto případě nadřazenou motivací a nezpochybňuje skutečnost, že zvíře je schopno vnímat také směr větru a natáčet se podle něj.

Představme si, že je bezvětří, zvíře je na rovině, světlo je rozptýlené nebo je dokonce tma. Pravděpodobnost, že se kořist, partner nebo nebezpečí někde objeví, je pro všechny směry stejná. Bude potom orientace těla vzhledem ke světovým stranám náhodná? Tvrdíme, že nikoliv a že tato orientace bude mít vztah ke směru magnetického pole. Mluvíme o magnetickém alignmentu.

Magnetorecepce, tedy vnímání magnetického pole, hraje mezi smysly zřejmě spíše podřadnou roli. I my vytáhneme z kapsy kompas, až když skutečně nevíme kudy dál, krajinu neznáme a orientační body nejsou k dispozici. Proto je neopodstatněná kritika soudící, že když se krávy někdy orientovaly podle směru slunce, magnetický alignment neexistuje. Ukazuje to jen, že termoregulační chování bylo nadřazenou motivací a jiný druh orientace se nemohl projevit.

Jak však studovat „magnetické chování“ u velkých zvířat? Když je v laboratoři zavřeme do stísněného prostoru Helmholtzovy cívky, pomocí níž můžeme ovlivňovat okolní magnetické pole, rozhodně se nebudou chovat přirozeně. Naší výzkumnou strategií je nezávislé pozorování mnoha jedinců v různých místech a prostředích, v různém čase a v různých situacích (různém behaviorálním kontextu). Vycházíme z toho, že směr slunečního záření, směr větru či směr zdroje relevantních informací se v čase a místě náhodně mění a orientace vzhledem k těmto podnětům se nesčítají. To neplatí o směru magnetického pole, který zůstává konstantní, a při větším množství dat zjistíme (metodami kruhové statistiky) významný směrový signál. Magnetický alignment je tedy statistický jev a skutečnost, že jedince zastihneme i v jiné směrové orientaci než severojižní, hypotézu nezpochybňuje. Také s naším kompasem, jehož střelka ukazuje na sever, se můžeme orientovat i jakýmkoliv jiným směrem.

Studium případů magnetické orientace je tudíž vhodným experimentálním paradigmatem magnetobiologického výzkumu a může pomoci porozumět roli magnetorecepce ve „všedním“ životě zvířat. Proč to zvířata dělají? Jakou informaci získávají z magnetického pole? Mohou šetřit energii a získat více „pohodlí“, jsou-li magneticky orientována? A jak vlastně vnímají magnetické pole?

V následných studiích jsme popsali mimo jiné magnetický alignment u lovících (tzv. myškujících) lišek, prchající srnčí zvěře či u zálehů divokých prasat.7) Postupně jsme došli k závěru, že magnetický alignment pomáhá zvířatům synchronizovat a koordinovat pohyb ve skupině, organizovat kognitivní (mentální) mapy, měřit vzdálenost a sklon pohybu, popřípadě i zvýšit (zaostřit) selektivní smyslovou pozornost. Naši modeloví savci (skot, jelen, srnčí, liška, divoké prase) byli pro další výzkum ale špatně ovladatelní a nevhodní. Napadlo nás, že vhodným modelovým savcem by byl domácí pes – psi jsou celosvětově všudypřítomní, ovladatelní a učenliví...

Zaostřeno na psy

Navigační schopnosti psů jsou známé, ale naše znalosti se zakládají jen na anekdotických zprávách. Systematický výzkum navigačních schopností využívající „návratu domů“ (homingu) je v případě velkých savců technicky, ochranářsky, u psů i eticky obtížný. Lze si představit mnoho důvodů, proč se přemístěné zvíře domů třeba nevrátí. Podmiňování (učení, trénink) velkých savců na magnetické vjemy je metodicky nesnadné. Zvířata mohou „zapínat“ magnetický smysl jen v určitém kontextu, např. když jsou venku, v neznámém prostoru, když se nemohou spoléhat na jiné smysly, ne však na povel v laboratorních podmínkách.

Náš tým terénních zoologů z České zemědělské univerzity z Prahy a smyslových biologů z německé univerzity Duisburg- -Essen oslovil majitele psů ve svém okolí (přátele, sousedy, studenty, kolegy), aby měřili, v analogii s naším předchozím výzkumem skotu a zvěře, orientaci těla krmících se a spících psů. Záhy bylo jasné, že tudy cesta nevede – orientaci těla u těchto aktivit určuje do značné míry majitel psa, geometrie a orientace domu, psí boudy, výběhu apod. Kromě toho je zemské magnetické pole uvnitř či v blízkosti budov často narušené. Každý, kdo má psa, potvrdí, že psi jsou velmi vybíraví, pokud jde o místo, kde kálejí a močí. Psovi můžeme zabránit, aby někde nevyměšoval, ale jen těžko ho přinutíme, aby potřebu dělal tam, kde chceme. Dobře známé, ale záhadné a nevysvětlené je též kroužení psů, které provádějí před vyměšováním či před spaním (a nad kterým se zamýšlel i Karel Čapek). Každý pes v průměru jednou denně kálí a několikrát denně močí. Je však třeba zdůraznit, že vlastně většinou nejde ani tak o vyměšování, jako o značkování teritoria či domovského okrsku. Majitelé chodí psa venčit alespoň třikrát denně, a pokud každá vycházka sleduje jinou trasu, měření orientace těla jednotlivých psů během značkování nelze považovat za pseudoreplikaci – tato měření byla získána vždy na jiném místě, v jiném čase, za jiného počasí. Standardizovali jsme sledovací protokol, požádali naše dobrovolníky, aby zaznamenávali kompasový směr osy těla kálejících a močících psů volně pobíhajících (tedy ne na vodítku), ve volném prostoru (tedy ne u zdí a plotů) a venku (tedy ne na dvorku či zahradě).

Naverbovali jsme tým 40 majitelů 70 psů téměř 40 plemen, kteří v průběhu dvou let zaznamenali směr těla vyměšujících psů při 1900 defekacích a 5600 močeních. Když jsme projekt uzavřeli a výsledky statisticky vyhodnotili, zklamaně jsme zjistili, že směr těla při vyměšování byl náhodný. Žádná preference pro určitý kompasový směr nebyla patrná. Analyzovali jsme data ve vztahu k pohlaví, věku, plemeni, majiteli, denní a roční době, ale obraz se nevyjasnil. Vzorky dat jednotlivých psů nebyly srovnatelné co do počtu měření. Jeden pes, barzoj Diadém kolegyně Petry Novákové, byl měřen na mnoha lokalitách pravidelně po dlouhou dobu a poskytl velký vzorek 2500 měření. Tato data byla zlatým dolem pro další hodnocení a interpretaci. Všimli jsme si, že během některých vycházek vykazoval Diadém „perfektní“ kompasovou preferenci (v jeho případě pro severozápad), zatímco některé jiné dny, např. 23. července 2012, byla jeho orientace takříkajíc „pod psa“. Co bylo tak zvláštního na onom dni? Google nám napověděl, že toto datum je spojeno s magnetickou superbouří (solar superstorm). Zrodil se nápad zjistit „vesmírné počasí“ ve dnech, kdy byl Diadém „dezorientován“. Díky volnému přístupu k datům geomagnetických observatoří (např. v Mnichově a Postupimi) nebyl problém údaje o magnetickém počasí získat. Srovnání mezi magneticky klidnými a bouřlivými dny potvrdilo, že orientace silně koreluje s magnetickým počasím. Následné analýzy všech „psích dat“ tuto hypotézu plně potvrdily. Ukázalo se, že nejlepší předpovědí orientace byla relativní rychlost změn v magnetické deklinaci v časovém intervalu půl hodiny před daným měřením. Tento jediný faktor byl natolik silný, aby ze vzorku s náhodným rozložením vybral významný směr orientace.

Mnozí dobrovolníci znali naše předchozí studie a nelze vyloučit, že tato znalost mohla nějak ovlivnit i sběr dat. Nikdo z nich a nikdo z hodnotitelů ale neznal magnetické počasí v době sběru, protokolování a analýzy měření. V tomto ohledu byla tedy studie skutečně slepá.

Proč to psi dělají?

Pes (stejně jako my) má „mentální mapu“ (Vesmír 96, 274, 2017/5) svého domovského okrsku či si takovou mapu v neznámém prostředí vytváří. Předpokládali jsme, že značkující pes zároveň zaznamenává do paměti polohu („koordináty“) označeného místa, aby toto místo a svou značku příští den zkontroloval a obnovil. Záznam polohy do mapy je snazší, když mapu orientujeme určitým směrem. Když mapu čteme a vyznačujeme do ní svou polohu, otáčíme ji také tak, že sever směřuje nahoru a sever na mapě srovnáváme s kompasem a orientačními body. Nezávislý pozorovatel přitom také uvidí, že se otáčíme. Fyzická rotace je zjevně pro nás, i pro psa či krávu, jednodušší než rotace mentální. Z nějakých důvodů, o nichž zatím jen spekulujeme, je „práce s kompasem a mapou“ pro psa za klidného magnetického počasí snazší, než když je magnetické pole neklidné.

Mediální smršť

Naše výsledky poskytly první důkaz

  • magnetorecepce psů,8)
  • citlivosti savců na velmi malé změny geomagnetického pole.

Poznatek, že psi mohou vnímat magnetické pole, otevírá nové možnosti výzkumu principů a mechanismů magnetorecepce u savců. Zjištění, že zvířata mohou vnímat malé oscilace geomagnetického pole a reagovat na ně změnou chování, vyžaduje, aby tento faktor byl uvažován i v jiných studiích zabývajících se různými aspekty zvířecího chování.

Pochopitelně jsme chtěli výsledky publikovat, ale všechny oslovené časopisy se odmítly rukopisem dále zabývat s odůvodněním, že téma má jen okrajový význam pro všeobecné čtenářstvo. Možná se editoři obávali, aby se neztrapnili uveřejněním studie zabývající se něčím tak triviálním, jako je vyměšování psů. Možná také neporozuměli poselství naší studie.

Článek nakonec vyšel v časopise Frontiers in Zoology v době vánočních prázdnin v roce 2013. Ještě než naše univerzity stačily vydat tiskové zprávy, všiml si článku Journal of Improbable Research. Během jednoho týdne článek dosáhl altmetric score 1715 (tato hodnota kvantifikuje ohlas v médiích) a byl z webu časopisu stažen 740 000krát.9)

Již v prvních dnech nás kontaktovala média – internet, televize, rozhlas, tisk, vědci i laici. Zájem přetrvává dodneška. Mnohé publikované zprávy se zakládaly jen na terciárních zdrojích a většina „reportérů“ náš článek zjevně nikdy nečetla. Během devíti měsíců náš poznatek (s explicitním výrokem, že „nedávno česko-německý vědecký tým objevil…“) poskytl i zápletku v americkém filmu 10.0 Earthquake. Poselství práce bylo redukováno na tvrzení, že psi při kálení hledí na sever. To jsme však nikdy netvrdili. Mnozí tleskali, mnozí kritizovali. Bylo nám vytýkáno, že mrháme penězi daňových poplatníků – i když ty tento jednoduchý výzkum nic nestál. Naši dobrovolníci chodili psy venčit tak jako miliony jiných pejskařů na celém světě. Jen s tím rozdílem, že s sebou nosili kompas, blok a tužku. My se pak po večerech snažili v záplavě dat najít nějaký smysl. Přišla i pozvání na přednášky, kongresy a sympozia, semináře a kolokvia z řady zemí světa…

Obrovský zájem médií o naši práci jsme zažili již po publikaci o magnetické orientaci skotu a naše studie zabývající se jinými druhy zvířat vzbudily obvykle méně pozornosti, což nás nepřekvapilo. Mnoho majitelů psů se domnívá, že o psech vědí všechno, a jsou tedy kvalifikováni se k práci vyjádřit. Jen málo lidí má jako domácí mazlíčky rypoše, rejsky, netopýry, lišky či jeleny, a tak studie těchto zvířat nepovažují za osobní výzvu.

Lidi rozesměje a přinutí k zamyšlení

Journal of Improbable Research, který nastartoval medializaci naší práce, je věnován „serióznímu výzkumu, který lidi rozesměje a pak přinutí k zamyšlení“. Stejné moto má i Ig Nobelova cena, kterou tento časopis a Harvardova univerzita udělují. Cenu jsme za naši práci v roce 2014 také dostali…

Poznámky

1) Begall S. et al.: Magnetic alignment in grazing and resting cattle and deer, DOI: 10.1073/pnas.0803650105.

2) Burda H. et al.: Extremely low-frequency electromagnetic fields disrupt magnetic alignment of ruminants, DOI: 10.1073/pnas.0811194106.

3) Heřt J. et al.: No alignment of cattle along geomagnetic field lines found, DOI: 10.1007/s00359-011-0628-7.

4) Begall S. et al.: Further support for the alignment of cattle along magnetic field lines, DOI: 10.1007/s00359-011-0674-1.

5) Slabý P. et al.: Cattle on pastures do align along the North-South axis, but the alignment depends on herd density, DOI: 10.1007/s00359-013-0827-5.

6) Alignment je v této souvislosti těžko přeložitelný jedním slovem, v textu jsou použity jako „synonyma“ také výrazy orientace a postavení.

7) Červený J. et al.: Directional preference may enhance hunting accuracy in foraging foxes, DOI: 10.1098/rsbl.2010.1145. Obleser P. et al.: Compass-controlled escape behavior in roe deer, DOI: 10.1007/s00265-016-2142-y. Červený J. et al.: Magnetic alignment in warthogs (Phacochoerus africanus) and wild boar (Sus scrofa), DOI: 10.1111/mam.12077.

8) Adámková J. et al.: Directional preference in dogs: Laterality and „pull of the north“, DOI: 10.1371/ journal.pone.0185243, a další práce v tisku.

9) Skóre přesáhlo 3000, počet stažení jeden milion již o půl roku později a článek se stal pátou nejčtenější vědeckou prací světa v roce 2014.

Ke stažení

TÉMA MĚSÍCE: Navigace
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Zoologie, Etologie

O autorovi

Hynek Burda

Prof. RNDr. Hynek Burda, CSc., (*1952) vystudoval zoologii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. Na Univerzitě Duisburg-Essen vede katedru obecné zoologie a věnuje se zejména výzkumu biologie podzemních savců a smyslové ekologii. Působí rovněž na katedře myslivosti a lesnické zoologie Fakulty lesnické a dřevařské ČZU v Praze.
Burda Hynek

Další články k tématu

Jak se neztratit na moři

Dle znamenitého pozorování Slunce a Měsíce shledávám naši zeměpisnou délku 178° 18' 30" západně od Greenwiche. Zeměpisná délka dle logu je 175°...

Kudy a kam ptáci létajíuzamčeno

Kroužkování volně žijících ptáků pro sledování jejich migrace se používá od roku 1899. Nálezy okroužkovaných jedinců sice přinesly mnoho cenných...

Navigační hlavolamyuzamčeno

V mnoha velkoskladech zásilkových společností spěchají armády robotů (obr. 1) od jednoho regálu k druhému. Počítače je navigují tak, aby byly co...

Na počátku byl hrášekuzamčeno

Určit přesnou polohu bylo po staletí velmi obtížné, nebo přímo nemožné. Tento úkol vyžadoval technicky i odborně náročná měření a složité výpočty....

Když vím, kde jsemuzamčeno

Příroda nadělila lidem a zvířatům kromě jiného schopnost orientovat se v terénu. Někomu více, někomu méně a každému trochu jiným způsobem. Mnohá...

Doporučujeme

Poprask kolem dvojčat, prvních dětí s editovaným genomem

Poprask kolem dvojčat, prvních dětí s editovaným genomem

Jaroslav Petr  |  13. 12. 2018
V čem udělali čínští soudruzi chybu? Čínský experiment odstartoval genetické vylepšování lidstva bezpříkladně zpackaným způsobem.
Tanec mezi pravděpodobnostmi

Tanec mezi pravděpodobnostmi

Ondřej Vrtiška  |  3. 12. 2018
Forenzní genetička Halina Šimková donedávna v Kriminalistickém ústavu Praha analyzovala DNA a pomáhala odhalovat vrahy, násilníky a zloděje. To ji...
Sedm základních kamenů

Sedm základních kamenů

Ivan Boháček  |  3. 12. 2018
Začalo to metrem. Ve dnech, kdy jde toto číslo Vesmíru do tiskárny, probíhá ve Versailles 26. konference pro váhy a míry (CGPM, Conférence...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné