Мир природы удивителен своей сложностью и многообразием способов адаптации живых организмов к окружающей среде. Одним из таких поразительных явлений является способность насекомых к дальним миграциям, что долгое время вызывало множество вопросов у учёных. Недавние исследования проливают свет на уникальный навигационный механизм ночных мотыльков Богонга (Agrotis infusa), которые способны ориентироваться в темноте, используя звёздное небо. Это открытие не только расширяет понятия о способах ориентации животных в пространстве, но и открывает новое направление в изучении нейробиологии и экологии насекомых-близких к массовым мигрантам. Мотылёк Богонга является эндемиком Юго-Восточной Австралии и известен своей ежегодной миграцией в тысячи километров.
Весной миллиарды молодых Богонгов отправляются в путь к горным пещерам Австралийских Альп, где они проводят период летней спячки — эстивации. Затем с наступлением осени те же особи возвращаются обратно к своим местам размножения. Пока что этот маршрут, протяжённостью до 1000 километров, и природа навигации оставались тайной. Однако новое исследование выявило, что мотыльки ориентируются при помощи звёздного компаса, используя карту ночного неба для поддержания курса. Для проверки этой гипотезы биологи провели эксперимент в специально созданных условиях, имитирующих естественное ночное небо без луны, где мотыльки были прикреплены к летательным симуляторам, позволяющим отслеживать их направления полёта.
Эксперименты проводились как в условиях естественного открытого неба, так и в лаборатории с проекцией реального звездного неба. Удивительно, что при отключении магнитного поля Земли, которым мотыльки также пользуются в навигации, насекомые продолжали лететь в сезонно правильном направлении — весной на юг, осенью на север. Отдельные испытания с изменением направления звездного неба на 180 градусов вызвали соответствующую реакцию — мотыльки меняли направление полёта почти на обратное. Когда же звезды на экране были случайно перемешаны, нарушая привычную картину звездного неба, мотыльки теряли ориентацию и летели в случайных направлениях. Это свидетельствует о том, что навигация происходит именно по особенностям конкретной конфигурации звезд, а не по общему уровню освещённости или другим случайным признакам.
Главным объектом для ориентации является полоса Млечного Пути, которая в Южном полушарии выделяется светлым и протяжённым небесным поясом с наиболее яркими участками в южной половине неба. Мотыльки умеют распознавать такие крупные структурные элементы ночного неба, используя их для определения точного географического направления. Данный способ позволяет им компенсировать суточное движение звезд, которое вызвано вращением Земли и меняет расположение созвездий в течение ночи. Этот звездный компас работает в тандеме с магнитным. В пасмурные или беззвездные ночи мотыльки демонстрируют ориентацию на основе магнитного поля Земли.
Таким образом, у насекомых выработалась двойная система навигации, обеспечивающая устойчивость миграционного поведения в любых условиях. Сочетание визуальных и магнитных ориентиров соответствует комплексному подходу, характерному для многих мигрирующих животных, включая птиц и млекопитающих. Помимо поведенческих наблюдений, учёные смогли изучить нейрофизиологические основы работы звездного компаса у Богонгов. Используя тонкие микроскопические электроды, исследователи записали активность отдельных нейронов в головном мозге мотыльков. Эти клетки — визуальные интернейроны — реагируют на вращение изображения звездного неба, проявляя пиковую активность при определённом направлении взгляда или полёта насекомого.
Уникально то, что большинство таких нейронов проявляют максимальную активность, когда насекомое направлено на юг, что отражает сезонную особенность миграций. Нейроны распределены по трём областям мозга мотылька: в оптических долях, где происходит первичная обработка визуальной информации, в центральном комплексе — ключевом навигационном центре насекомых, и в боковых добавочных узлах, которые связаны с управлением движением. Такое распределение даёт основания предполагать, что визуальные данные о звёздном небе интегрируются и преобразуются в команды для изменения направления полёта, обеспечивая точное следование маршруту. Миграция Богонгов — сложный феномен, при котором сочетается наследственный инстинкт и способность к сложной обработке окружающей среды. Мотыльки даже при первой миграции летят к пещерам, в которые никогда ранее не попадали.
Это возможно благодаря использованию глобальных ориентиров — звёзд и магнитного поля, а также способности к временному учёту — компенсировать вращение неба и корректировать курс во времени суток. Данное исследование расширяет традиционные представления о небольших насекомых, показывая, что даже с относительно скромными по размеру нервной системой и органами зрения Богонги способны осуществлять сложные вычислительные операции и распознавать карту неба. Это поднимает интерес к дальнейшему изучению когнитивных способностей насекомых, их нейрофизиологии и эволюционной биологии. Применение таких знаний выходит за рамки фундаментальной науки. Понимание принципов ориентации и навигации требует инженерных подходов в робототехнике, разработке беспилотных летательных аппаратов и систем автономного движения в условиях ограничения GPS или другого спутникового наведения.
Биологические компасы с их интеграцией различных сенсорных модальностей могут стать примером для создания более надёжных и эффективных систем навигации. В экологическом плане открытия помогают оценить влияние антропогенных факторов на миграционные привычки Bogong moths. Загрязнение светом, изменение магнитного поля из-за технических устройств и изменение климата могут влиять на ориентацию мотыльков, ставя под угрозу эти долгие миграции и, как следствие, биоразнообразие мест их обитания и пищевые сети. Наконец, изучение ночных мотыльков Богонга даёт ценное представление о взаимодействии генетической предрасположенности и окружения в формировании сложного поведенческого паттерна миграции. Понимание механизмов, позволяющих мигрирующим насекомым не сбиться с пути несмотря на сотни километров и отсутствие предыдущего опыта, является важным шагом к раскрытию тайн животной навигации вообще.
Подводя итог, можно сказать, что использование звездного компаса мотыльками Богонга — яркий пример удивительных адаптаций живой природы к переменам и вызовам окружающего мира. Открытие обеспечивает научную основу для дальнейших открытий в области навигации, нейробиологии и сохранения мигрирующих видов, а также вдохновляет на создание инновационных технологий, основанных на природных решениях.
