Миграции животных давно вызывают восхищение у исследователей и любителей природы. Особое место среди них занимают насекомые, в частности ночные мольки Боконга, которые совершают одни из самых грандиозных ночных перелетов на планете. Они способны преодолевать расстояния до 1000 километров в ночное время, чтобы попасть в горные пещеры Австралийских Альп, где проводят летний период в состоянии летней спячки – эстивации, а затем с приходом осени возвращаются на родные территории для размножения. Одна из главных загадок заключается в том, каким образом эти крошечные ночные создания без опыта и предыдущих знаний навигации удерживают правильное направление в течение такого длительного миграционного пути. Недавние исследования продемонстрировали, что мольки Боконга используют уникальный звездный компас для ориентирования в пространстве, что открывает новый взгляд на механизмы навигации среди беспозвоночных животных.
Исследование ориентации мольков Боконга начинается с понимания их жизненного цикла и маршрута миграции. Молодые взрослые мольки, вылетая весной, направляются на юг, к ограниченному числу пещер в Австралийских Альпах, где они остаются несколько месяцев в состоянии покоя. В осенний период те же особи движутся обратно, возвращаясь на родные места для воспроизводства. Интересно, что мольки никогда ранее не посещали эти далекие места, поэтому их навигационные способности не основаны на личном опыте, а имеют наследственную природу. Как им удается удерживать точный курс – вопрос, на который ответ нашли благодаря сложным экспериментам с использованием вращающихся моделей ночного неба.
Современное исследование проводилось с использованием специально сконструированных летных симуляторов, в которых мольки были прикреплены и свободно вращались, имитируя их естественный полет. Эти симуляторы позволяли точно контролировать визуальные ориентиры, включая моделирование двигающегося звездного неба и влияние магнитных полей Земли. В условиях естественного ночного неба с видимыми звездами и без Луны ученые фиксировали направление, в котором летели мольки. Полученные данные показали, что мольки последовательно выдерживали сезонно соответствующее направление: весной – на юг, осенью – на север, демонстрируя способность использовать ночное звездное небо как компас. Особенностью звездной навигации является то, что ночное небо постоянно меняется – звезды движутся в течение ночи из-за вращения Земли, и ежегодно меняется расположение созвездий.
Несмотря на эти перемены, обратные наблюдения показали, что мольки удерживают устойчивое направление даже в течение нескольких часов ночного полета. Это свидетельствует о том, что их навигация не основана на простом запоминании позиций отдельных звезд или светил, а скорее включает способность распознавать целостный узор звездного неба и использовать его вращение для определения направления. Эксперименты, в которых искусственно изменяли звездные карты – например, поворачивали изображение неба на 180 градусов или рандомизировали всю звездную структуру, приводили к тому, что мольки теряли ориентацию или меняли направление на противоположное. Это подтверждает именно использование звездного узора как ориентировочного сигнала, а не просто реакцию на свет или отдельные яркие объекты. Более того, если же на небе отсутствовали видимые звезды и Луна – например, при сильной облачности – мольки все равно могли ориентироваться при помощи магнитного поля Земли, которое служит им дополнительным прочным компасом.
В дополнение к поведению, исследователи провели серьезные электрофизиологические эксперименты, проникнувся в саму суть восприятия звездного компаса мольками. В мозгу насекомых были зарегистрированы активности специализированных визуальных нейронов, отвечающих на вращение звездного неба в экспериментальных установках. Эти нервные клетки показали избирательное возбуждение при определенных ориентациях изображения звезд относительно тела молька, с максимальной активностью, когда насекомое «смотрело» на юг. Это сходство в реакции клеток разных мольков в разное время года указывает на существование нейронной базы, которая кодирует информацию о географическом направлении, основанную на звездных узорах. Анатомическое исследование выявило, что эти нейроны находятся в нескольких важных мозговых центрах, связанных с навигацией и управлением полетом: в оптических долях, центральном комплексе и боковых вспомогательных долях.
Центральный комплекс, известный как «центр навигации» у многих насекомых, играет ключевую роль в интеграции ориентировочной информации и формировании направленных импульсов движения. Таким образом, звездная информация не просто воспринимается, но и обрабатывается глубоко внутри нервной системы, что подтверждает сложность и изощренность коммуникативных механизмов миграции у мольков Боконга. Понимание механизма звездной навигации мольков имеет не только фундаментальное значение для биологии навигации, но и практическое. Эволюционный отбор сделал этих крошечных животных мастерами выживания, способными справляться с внешними изменениями и сохранять точность миграции в условиях отсутствия основных ориентиров. Это позволяет раскрывать новые принципы сенсорной интеграции, потенциально применимые в робототехнике и системах автономной навигации.
Отдельный интерес представляет взаимосвязь звездного компаса с магнитным. Исследования показали, что мольки способны переключаться между ними, используя магнитные сигналы в те моменты, когда звездное небо закрыто облаками или когда Луна и отдельные звезды заслонены. Такая двойная система ориентации повышает устойчивость и надежность миграции на большие расстояния. Что же касается конкретных звездных элементов, которые выбирают мольки, то существует предположение, что главное значение имеет полоса Млечного Пути, которая на Глобусе Южного Полушария занимает яркую и хорошо заметную часть неба. Эти ориентиры отличаются стабильностью относительно вращения неба, что удобно для построения устойчивого маршрута.
Однако, точные визуальные ориентиры и способы их обработки в мозгу остаются объектом дальнейших исследований. Таким образом, ночные мольки Боконга открывают нам окно в мир сложных навигационных способностей беспозвоночных, демонстрируя умение использовать звездный компас для долгих ночных перелетов, что долгое время считалось прерогативой птиц и других позвоночных животных. Их исследование расширяет наши знания о биологических компасах и о том, как природа изобрела различные пути решения функциональных задач выживания и размножения, гармонично сочетая наследственные механизмы и сложные сенсорные системы. В ближайшем будущем ожидается более глубокий анализ нейронных цепей, участвующих в интерпретации звездных сигналов, а также изучение взаимодействия между звездным и магнитным компасами в условиях естественной среды. Это позволит раскрыть, каким образом насекомые учитывают время ночи, сезонные изменения и географическое положение для точной навигации.
Открытие подобных механизмов поможет более точно понять эволюцию миграционной стратегии и создаст предпосылки для создания биомиметических технологий навигации, основанных на природных ориентирах.
