Богонговые мотыльки (Agrotis infusa) – уникальные насекомые Австралии, чья ночная миграция является одним из самых масштабных и загадочных природных явлений. Каждый год миллионы этих мотыльков преодолевают до тысячи километров, чтобы достичь своих летних убежищ в высокогорных пещерах австралийских Альп. Эти места для мотыльков идеально подходят для продолжительной летней спячки — аэстивации. После месяцев покоя они возвращаются обратно на места размножения, где откладывают яйца и умирают. Такое двухстороннее путешествие – редкость для насекомых и долгое время оставалось неизвестным, как именно мотыльки ориентируются в пространстве, исследуя новые территории, которых они никогда раньше не посещали.
Новейшие исследования, опубликованные в журнале Nature, проливают свет на загадку миграций богонговых мотыльков и раскрывают, что насекомые используют звездное небо как навигационный инструмент. Это становится к тому же первым документированным случаем, когда беспозвоночные, такие как мотыльки, применяют звездный компас для определения конкретных географических направлений в целях долгосрочной навигации. Ранее уже было известно, что многие птицы и даже люди во время путешествий высоко ценят звездное небо и могут ориентироваться по созвездиям или по движению звезд вокруг полюса ночного неба. Однако предполагается, что из-за размеров их глаз и особенностей восприятия, насекомые не способны распознавать отдельные звезды и использовать их для навигации на дальние расстояния. Новое исследование опровергает этот стереотип, доказывая, что богонговые мотыльки, используя то, что можно назвать комплексным «звездным компасом», способны не просто следовать за источниками света, а точно различать направления, основанные на конфигурациях созвездий и яркости полосы Млечного Пути.
В ходе экспериментов ученые ловили мигрирующих мотыльков в местах их миграции в Австралии, специально в окрестностях горного массива в штате Новый Южный Уэльс. Мотыльков помещали в т.н. летательный симулятор – специальное устройство, позволяющее фиксировать направление полета животного при подаче заранее подготовленных визуальных стимулов. В естественных условиях мотыльки видели ночное небо, включая звезды и луну, при этом воздействие на магнитное чувство насекомых блокировали с помощью компенсирующих магнитных полей.
Результаты показали удивительную устойчивость ориентации насекомых в сезонно соответствующих направлениях даже в отсутствие лунного света или магнитного поля. Мотыльки активно держали необходимый курс, меняя направление с сезонами: весной летели на юг в горы, а осенью возвращались на север. Это указывает на то, что мотыльки используют постоянные звезды и форму полосы Млечного Пути для определения своего положения относительно географических ориентиров. Интересной особенностью поведения мотыльков является то, что они способны сохранять направление полета, несмотря на вращение Земли. Звезды не просто перемещаются по ночному небу, но еще и меняют свое взаимное расположение относительно горизонта с приходом ночи и сменой сезонов.
Благодаря выполненным исследованиям выявлено, что мотыльки либо ориентируются на центр вращения звездного неба вокруг Южного небесного полюса, либо обладают компенсирующим временем звездным компасом, способным учитывать движение небесных светил и корректировать курс в зависимости от времени. Помимо звездного компаса, богонговые мотыльки обладают магнитным чувством, чувствительным к малейшим изменениям магнитного поля Земли. Это значит, что они совмещают две системы навигации: звездную визуальную и магнитную, что обеспечивает надежность ориентации даже при частичном отсутствии одного из внешних ориентиров, например, в случае облачности и отсутствия видимости звезд. Нейронные исследования внутри мозга мотыльков выявили особые клетки, отвечающие за восприятие звездных ориентиров. В различных отделах мозга, таких как оптические доли, центральный комплекс и латеральные аддитивные узлы, ученые зарегистрировали активность специализированных нейронов, которые реагируют на вращение проекций ночного неба.
Эти клетки показывают пики активности при направлении мотылька на юг, что может быть связано с кодированием желаемого направления движения. Функционально эти системы схожи с нейронными механизмами, известными из исследований ночных мигрирующих птиц, у которых аналогичные реакции головного направления обеспечивают надежную навигацию. В отличие от случайной слепой ориентации, эти нейроны обеспечивают мотылькам возможность точной навигации на тысячи километров к уникальным местам для спячки и обратно. Особое внимание уделяется роли полосы Млечного Пути – яркой световой ленты, проходящей по ночному небу в Южном полушарии. Она служит надежным ориентиром, так как ее форма и положение относительно горизонта изменяются предсказуемо.
Мотыльки, вероятно, способны распознавать яркостные контрасты и структуру этой полосы и использовать ее в качестве визуального компаса. Кроме этого, отдельные яркие скопления звезд, например туманность Карины, могут предоставлять дополнительные ориентиры. Исследование также отмечает, что мотыльки не ориентируются просто по самому яркому свету в небе, например по луне, поскольку миграции происходят и в новолуние, когда лунный свет отсутствует. Это подтверждает, что звездный компас и магнитный сенсор являются основными способами ориентации для богонговых мотыльков. В условиях сильной облачности и отсутствия видимости звезд мотыльки демонстрируют поведение ориентации на магнитное поле, что доказывает переключение между навигационными системами в зависимости от доступных внешних ориентиров.
Такая избыточность делает миграции насекомых особенно устойчивыми к неблагоприятным погодным условиям. Экспериментальные методы включали применение специальных проекторов для воспроизведения ночного звездного неба с реальной яркостью и распределением звезд, а также детальное картирование активности отдельных нейронов с помощью внутриклеточных записей и окрашивания. Для полного исключения влияния земного магнитного поля в лабораторных условиях применялись трехосные системы Хельмгольца. Открытия последних исследований ставят богонговых мотыльков в один ряд с ночными мигрирующими птицами, человеками и некоторыми морскими млекопитающими, демонстрируя удивительные способности насекомых к сложной навигации. Понимание этих биологических механизмов расширяет наши знания о том, как животные адаптируются к окружающей среде и используют глобальные природные ориентиры для выживания и успешного размножения.
Эти научные данные имеют и практическое значение: изучение навигационных систем насекомых может помочь в создании новых биомиметических технологий для автономной робототехники, беспилотных аппаратов и навигационных приборов, способных ориентироваться в условиях отсутствия глобальных систем GPS. В целом, обнаружение звездного компаса у богонговых мотыльков — уникальное явление в мире беспозвоночных, свидетельствующее о высокой степени эволюционной адаптации этих насекомых. Их способность сочетать звёздное небо и магнитное поле, а также наличие специальных невронных систем для обработки полученной информации, делает их одними из самых изысканных навигаторов в животном мире. Дальнейшие исследования, направленные на выявление точных звездных ориентиров, особенностей нейронных сетей и межсистемной интеграции сенсорных сигналов у мотыльков, обещают расширить горизонты нашей науки и дать ключи к разгадке других загадок природной навигации.
