Ночное путешествие насекомых остаётся одной из самых загадочных и захватывающих тем в биологии и естественных науках. Одним из наиболее впечатляющих представителев миграционных насекомых является австралийская бабочка Богонга, которая совершает долгие перелёты на расстояния до тысячи километров под покровом ночного неба. Недавно проведённые исследования раскрыли удивительный феномен: эти бабочки используют звёзды как компас, позволяющий им точно ориентироваться на значительных дистанциях в ночное время. Это открытие открывает новые перспективы в изучении миграционной навигации и подчёркивает сложность и точность природных навигационных систем у насекомых. Бабочка Богонга (Agrotis infusa) является эндемиком Австралии и известна своей способностью совершать сезонные миграции из жарких низменностей в более прохладные альпийские районы.
Весной миллионы этих бабочек покидают свои места рождения, направляясь в горы юго-восточной Австралии, где находят специальные пещеры для летней спячки или эстивации. Осенью те же самые бабочки возвращаются назад, чтобы спариться, отложить яйца и завершить свой жизненный цикл. При этом бабочки следуют пути, который не посещали ранее, что свидетельствует о сильно укоренённом врождённом механизме навигации. Учёные выяснили, что для ориентации в ночном пространстве бабочки используют две ключевые навигационные системы: магнитный компас Земли и компас, основанный на звездном небе. До недавнего времени известно, что многие птицы во время миграций способны использовать звездное небо для навигации, однако доказательств такого поведения у беспозвоночных не было.
Исследования, проведённые с использованием специальных летных симуляторов и лабораторных проектов звездного неба, продемонстрировали, что бабочки Богонга способны удерживать устойчивое направление полёта, ориентируясь именно по расположению звёзд. Эксперименты показали, что даже при полном отсутствии магнитного поля бабочки продолжали лететь в традиционном для сезона направлении, следовательно, звездный компас может работать независимо и быть основным ориентиром в определённых условиях. Однако при затянутом облаками небе, когда звёзды и луна скрыты, бабочки переключаются на магнитный компас, подтверждая комбинированный и надёжный характер их навигационной системы. Для фиксации поведения бабочек в естественных и лабораторных условиях учёные использовали специально разработанные безмагнитные аренки и летные симуляторы, позволяя зафиксировать направление полёта насекомых, а также проектировали на экраны реалистичные изображения ночного неба с движущимися звёздами. В лабораторных условиях также проводились внутриклеточные записи нейронной активности в участках мозга, отвечающих за обработку зрительных данных и навигацию.
Были выявлены нейроны, которые реагировали на поворот изображения звёздного неба, причём максимальная активность этих клеток наблюдалась, когда бабочка была ориентирована на юг, что соответствует сезонной миграционной траектории. Также ученые выявили, что некоторые из нейронов обладают сложной селективностью — они учитывают направление движения изображения и его положение относительно географического севера, что позволяет бабочкам компенсировать вращение ночного неба, вызванное вращением Земли. Такая способность гарантирует, что насекомые сохраняют точную ориентацию даже в течение продолжительных часов полёта, несмотря на постоянное изменение положения звёзд. Особое внимание было уделено влиянию различных небесных объектов на навигацию бабочек. Луна, являясь ярким источником света ночью, теоретически могла служить ориентиром.
Однако наблюдения показали, что бабочки сохраняют миграционную ориентацию, независимо от наличия или отсутствия луны в небе. Это указывает на то, что именно комплексный звездный узор, а не отдельные объекты, служит главным навигационным фактором. Сразу после открытия способности бабочек Богонга использовать звёздный компас, открылись новые вопросы, касающиеся конкретных механизмов обработки этой информации в мозге насекомого. Центром интеграции и принятия решений в мозге насекомых является структура, называемая центральным комплексом. В исследованиях обнаружены нейроны с уникальной спецификой реакции на визуальные стимулы, отображающие разные участки звёздного неба.
Эти клетки, скорее всего, играют ключевую роль в формировании внутреннего компаса и управления направлением движения. Кроме того, Латеральные аксессорные доли, ассоциированные с центральным комплексом, предполагаются как зона контроля движения и управления рулём в полёте, реагируя на изменения положения звезд и помогая корректировать курс. Эти сложные нейронные сети обеспечивают устойчивость и точность навигации, включая возможность переключения между магнитным и звездным компасами в различных условиях окружающей среды. Такой дуплексный навигационный механизм позволяет бабочкам успешно справляться с вызовами, связанными с переменой погоды, наличием облачности и изменениями магнитного поля. Особенно примечателен тот факт, что бабочки с маленькими глазами и миниатюрным мозгом способны выполнять такие сложные вычисления, включая компенсацию суточного вращения звездного неба.
Это свидетельствует о высокой адаптивности и эффективности их сенсорных и когнитивных систем. Важным аспектом миграции бабочек Богонга является то, что они направляются в ограниченный географический регион — высокогорные пещеры, где проводят летний период эстивации. Это означает, что навигационные механизмы должны обладать высокой точностью, чтобы обеспечивать попадание на нужное место, несмотря на значительные расстояния и отсутствие опыта у молодых особей. Все миграционные ориентиры и направления являются наследственно запрограммированными, однако они требуют уточнения и корректировки с помощью природных компасов во время путешествия. Комбинация использования магнетизма Земли и звездного неба выгодно сочетается, позволяя бабочкам ориентироваться в различных ситуациях.
Во многих ночных миграциях магнитное поле служит основным ориентиром, однако при его нарушениях или недостаточной интенсивности звездный компас становится доминирующим. Это создает эффективную и надёжную навигационную систему, минимизирующую риск дезориентации и отклонения от маршрута. Понимание таких природных механизмов оринтации и миграции предоставляет бесценную информацию как для биологии, так и для разработки искусственных навигационных систем. Изучение принципов работы звездного компаса у бабочек представляет интерес не только для науки о поведении животных, но и для робототехники, астрономии и экологии. Уникальность бабочек Богонга заключается в том, что до сих пор подобная способность использования звездного неба для точного долгосрочного ориентирования не была выявлена у других членистоногих.
Их исследования могут служить отправной точкой для более глубокого изучения эволюции и разнообразия навигационных стратегий в животном мире. Таким образом, открытия относительно звездного компаса Bogong moths не только раскрывают механизмы их удивительно точной ночной миграции, но и расширяют наши знания о сложных взаимодействиях между животными и окружающей средой. Эти знания помогают ценить многообразие природных адаптаций и подчёркивают важность сохранения природных условий, позволяющих существовать этим захватывающим видам насекомых.
