Мотылёк Богонг (Agrotis infusa) — уникальное насекомое, обитающее в Австралии и ставшее объектом изучения благодаря своей удивительной способности совершать многокилометровые миграции в ночное время. Эти мотыльки каждую весну поднимаются из своих жарких низменных мест обитания на высоту до 1600 метров в австралийских Альпах, где проводят летние месяцы в состоянии оцепенения. Осенью те же особи возвращаются обратно в район размножения, чтобы завершить свой жизненный цикл. Одной из главных загадок их миграции долгое время было то, как они ориентируются и не теряются на протяжении таких значительных дистанций. Современные исследования раскрывают, что мотыльки используют уникальную систему навигации, основанную на звездном небе — звездный компас.
Ночная миграция мотыльков Богонг — сложное и рискованное путешествие, ведь насекомые движутся на расстояния до тысячи километров, зачастую без знакомых ориентиров. Для многих животных ночное время — это период отдыха, и лишь немногие приспособились ориентироваться на небе, освещённом лишь звёздами и слабым светом луны. Ранее подобная навигация считалась прерогативой птиц и некоторых млекопитающих, но недавние данные показывают, что и насекомые освоили этот удивительный навык. Основой звездного компаса у мотылька является способность воспринимать расположение звёзд и молочного пути, которые в южном полушарии имеют постоянные очертания и яркие участки. Эти яркие полосы и созвездия, особенно характерные для звёздного неба Австралии, образуют постоянные ориентиры, которые мотыльки могут использовать, чтобы определить своё положение относительно географических направлений.
Эксперименты с использованием специальных полётов в симуляторах показали, что мотыльки выбирают сезонно соответствующие направления полёта даже при имитации естественного ночного неба без луны, а при изменении ориентации звездной карты насекомые изменяют направление полёта в соответствии с поворотом небосвода. Исследования доказали, что мотыльки способны адаптироваться к переменам в расположении звёзд вследствие вращения Земли. Несмотря на естественное движение небесных тел в течение ночи, насекомые удерживают курс в заданном направлении, что указывает на наличие сложного механизма компенсации времени и ориентации. Эта способность позволяет им успешно преодолевать длительные миграционные маршруты, избегая отклонений от необходимого пути. В частности, анализ поведения показал, что даже под облачным небом, когда звёзды и луна скрыты, мотыльки сохраняют способность ориентироваться в нужном направлении — вероятно, используя магнитное поле Земли как дополнительный компас, способный компенсировать отсутствие звездного ориентира.
Важную роль в функционировании звездного компаса у мотыльков играют специализированные нейроны в мозге. Электрофизиологические исследования в условиях приближённой к природным выявили группу клеток, реагирующих на определённые углы вращения изображения звездного неба. Эти нейроны расположены в областях мозга, связанных с обработкой зрительной информации и навигацией, таких как оптические луковицы, центральный комплекс и латеральные придаточные доли. Они демонстрируют максимальную активность, когда мотылёк направлен строго на юг — важное направление для их миграции. Уникальной чертой этих нейронов оказывается способность различать конкретную компоновку светил и световых пятен полосы Млечного Пути, что делает возможным использование целого звездного рисунка как опорного ориентира.
Помимо реакции на естественные звездные карты, эти клетки также реагируют на упрощённые, имитирующие ключевые элементы неба, такие как движущаяся точка или полоска, что свидетельствует о комплексной обработке визуальной информации и её значимости для навигации. Интеграция визуальных и магнитных сигналов позволяет мотылькам строить надёжную и устойчивую навигационную систему. В условиях, когда один из сигналов временно отсутствует или становится малодоступным, другой компенсирует этот недостаток, что позволяет насекомым эффективно ориентироваться даже в сложных погодных условиях и при различных состояниях неба. Такая многомодальная система навигации укрепляет шансы мотыльков на успех в преодолении своих миграционных маршрутов. Завораживающий факт заключается в том, что мотыльки Богонг, несмотря на небольшой размер и относительно простую нервную систему, способны использовать сложные ориентиры на звездном небе и комбинировать эти знания с магнитным восприятием.
Эти данные изменяют представления о пределах когнитивных возможностей насекомых и расширяют понимание эволюции навигационных систем среди животных. Глобальный азимут, который определяют мотыльки, имеет сезонные коррективы. Весной они мигрируют к горам, ориентируясь преимущественно на юг или юго-запад, а осенью возвращаются на север и северо-восток обратно в районы размножения. Эта смена направления подтверждается наблюдениями и экспериментальными данными, где меняется генерация желаемого направления полёта в зависимости от времени года. Такой переключатель пространственного ориентирования демонстрирует сложную внутреннюю карту, реализованную на уровне мозговых структур, и необходимое для миграции временное программирование.
Механизмы точного установления своего текущего и желаемого направления у мотыльков связывают с центральным комплексом, ключевым мозговым образованием у насекомых, ответственным за пространственную ориентацию, планирование маршрутов и управление движениями. Это совпадает с данными по другим насекомым, включая бабочек-монаргов и плодовых мушек, где подобные структуры регулируют полёт и маршрутную навигацию. Использование звездного компаса мотыльками Богонг — это результат миллионов лет эволюции, направленной на выживание в условиях жаркого климата и ограниченных возможностей для дневной миграции. Миграция позволяет им избегать неблагоприятных условий, находя прохладные альпийские пещеры для летней спячки, и возвращаться в привычные места обитания для размножения. Комплексный навигационный механизм, включающий звездный и магнитный компасы, гарантирует, что мотыльки сохраняют устойчивое направление даже в темноте и при отсутствии зрительных ориентиров на земле.
Современные методы исследования, такие как тетеринг мотыльков и наблюдение их полета в специальных симуляторах, а также прямые внутриклеточные записи нейронной активности, позволили получить убедительные доказательства наличия у этих насекомых точного и чувствительного звездного компаса. Такие исследования расширяют наши знания не только о биологии ночных миграций, но и о принципах пространственной навигации и сенсорной интеграции в живых организмах. Изучение мотыльков Богонг и их навигационных способностей имеет и прикладное значение. Понимание биологических компасов может вдохновить создание автономных систем ориентации для роботов и беспилотных летательных аппаратов, способных ориентироваться в темноте без GPS. Кроме того, сохранение мест обитания и миграционных путей таких видов требует знания ключевых факторов, влияющих на поведение и выживаемость.
