Мотылёк Богонг, или Agrotis infusa, — это один из самых удивительных мигрирующих насекомых Австралии. Ежегодно миллиарды этих ночных бабочек совершают эпические путешествия длиной до тысячи километров, чтобы избежать летнего жара и добраться до прохладных альпийских пещер в Австралийских Альпах, где они проводят летнюю спячку. Уникальность мотылька Богонг заключается в том, что он мигрирует в места, которые никогда прежде не посещал, используя врождённые ориентиры для навигации. Совсем недавно учёные раскрыли великую тайну их поведения: мотыльки используют звёздное небо как компас на больших расстояниях, что позволяет им ориентироваться по конкретным географическим направлениям даже в полной темноте. Это – впечатляющее достижение в изучении навигации насекомых и впервые подобный механизм наблюдается у беспозвоночных.
Ночные миграции стали предметом исследований на протяжении многих лет. Насекомые и птицы традиционно связывали с магнитным полем Земли как с главным ориентиром, но именно визуальные сигналы, особенно звёздное небо, оказались важнее, чем ожидалось. Для мотыльков Богонг характерна сезонная миграция – весной они устремляются с юго-востока Австралии в высокогорье, а осенью возвращаются назад. Исследования показали, что их миграционные направления являются наследственными и имеют биологическую запрограммированность. Чтобы выяснить, как именно насекомые держат курс, учёные разработали специально сконструированные летные симуляторы, в которых мотыльки могли свободно летать, а вокруг них моделировались реальные условия ночного неба и магнитного поля.
Эксперименты проводились под естественным южным ночным небом, а также в лабораторных условиях с точной проекцией звёздного неба и возможностью изменять визуальные ориентиры. Важным открытием стало то, что при естественном лунном и звездном освещении мотыльки уверенно сохраняли своё сезонное направление — на юг весной и на север осенью. Даже когда звёзды и луна были скрыты от глаз, мотыльки ориентировались с помощью магнитного поля Земли. Однако при искусственном исчезновении магнитного поля и сохранении воздействий звезд мотыльки по-прежнему могли находить правильное направление, что доказало наличие у них в мозге специализированного «звёздного компаса». Несмотря на то, что использование звезд в навигации известно у птиц и млекопитающих, раннее мнение заключалось в том, что у насекомых нет достаточно развитых органов зрения, чтобы воспринимать конкретные звёзды или формации как ориентиры.
Но в случае мотороев Богонг такая мысль была опровергнута. Электрофизиологические исследования нейронной активности выявили специфические нейроны, расположенные в областях мозга мотылька, отвечающих за обработку визуальной информации и ориентацию — оптических долях, центральном комплексе и латеральных аксессорных узлах. Эти нейроны реагируют на определённые ориентации звёздного неба и направлены преимущественно на срабатывание при полёте в южном направлении, что говорит о наличии у насекомого врождённого кода для восприятия географического направления по звёздам. Особенно примечателен тот факт, что мотыльки способны справляться с усложнёнными факторами, которые влияют на вид звездного неба: с сезонными изменениями положения созвездий, вращением Земли и наблюдаемым сдвигом положения Луны. Мотыльки либо компенсируют время — регулируя восприятие звезд в зависимости от ночного времени, либо используют стационарные точки вроде полюса звёздного вращения, чтобы надёжно определять север и юг независимо от движений остальных светил.
Конкретные особенности этого механизма до сих пор остаются предметом исследований, но первая демонстрация наличия у насекомых подобного звездного компаса уже открыла новую главу в понимании животной навигации. Эти открытия помогают понять, как насекомые с относительно примитивной нервной системой могут совершать сложные миграционные перемещения. Механизмы звездного компаса, в совокупности с магнитным восприятием, создают двойную систему навигации, которая позволяет мотылькам оставаться ориентированными при изменении условий окружающей среды. Если облака скрывают звёзды и Луну, магнитный компас берёт на себя главную роль, а в ясную ночь именно звёзды становятся ориентиром. Исследования мотыльков Богонг имеют и прикладное значение.
Понимание их навигационных способностей может послужить моделью для разработки эффективных алгоритмов навигации беспилотных летательных аппаратов и робототехники, особенно в условиях автономной работы ночью. Кроме того, эти знания важны для охраны видов, так как миграция насекомых тесно связана с изменением климата и антропогенным воздействием на окружающую среду. Также интересна роль, которую играют географическое происхождение, сезон и время ночи в формировании желаемого вектора движения мотылька. Различные популяции мотыльков стартуют из разных точек Австралии и выбирают различные маршруты, направляясь к общей точке — альпийским пещерам для зимовки. При этом система мозга обрабатывает и интегрирует информацию о положении насекомого, времени года, положении звезд и магнитного поля, чтобы вычислить нужное направление движения и корректировать курс в реальном времени.
Этот сложный процесс требует слаженной работы множества нейронных цепей и формирует пример биологического высокотехнологичного навигатора. Кроме того, анализ поведения в естественных условиях показал, что мотыльки способны ориентироваться в своих миграциях даже при облачном небе и отсутствии ярких лунных суток, что подтверждает высокую адаптивность их навигационной системы. При отсутствии видимых звезд ориентация с помощью магнитного поля обеспечивается геомагнитным восприятием — способность определять направление по магнитным линиям Земли. Такая комбинация сенсорных систем минимизирует риск потери направления, обеспечивая надёжный способ достижения цели. Нейрофизиологические эксперименты открыли ранее неизвестные типы зрительных нейронов, отвечающих на вращение звездного неба, некоторые из которых демонстрируют уникальную реакцию — усиливают или подавляют активность при перемещении светил по определённым направлениям.
Эти клетки тоже обладают направленной чувствительностью, позволяющей учитывать скорость вращения и положение звезд, что можно сравнить с нейронами, обнаруженными у птиц и других мигрирующих животных. Большое значение имеет и то, что у мотыльков Богонг, подобно птицам, нервные сигналы от звездного компаса передаются в центральный комплекс, который в насекомых отвечает за пространственную ориентацию, вычисление курсового угла и моторные команды на изменение направления полёта. Передача информации из визуальных путей в центральный комплекс и из него в моторные центры обеспечивает целенаправленное движение в нужный сезон и в нужное место, несмотря на сложность внешних условий. Таким образом, мотыльки Богонг представляют собой уникальный пример ночных дальних мигрантов среди насекомых, использующих звёздный компас для точной навигации. Это открытие не только расширяет наши знания о биологии миграций, но и ставит перед учёными новые вопросы о том, как именно формируется и работает эта сложная система — от восприятия до принятия решений и двигательной реализации.
Понимание таких биологических навигационных систем способствует развитию мультидисциплинарных исследований в области нейронауки, биофизики, экологии и робототехники, создавая фундамент для будущих инноваций.
