Ночное небо всегда манило исследователей и путешественников своими загадками и ориентирами. Для многих животных, от птиц до насекомых, звезды стали своеобразной картой и компасом в путешествиях на тысячи километров. Одним из наиболее впечатляющих примеров таких ночных путешественников являются богонгские мотыльки, эндемичные для Австралии. Эти насекомые ежегодно совершают масштабную миграцию, преодолевая до тысячи километров, используя для навигации уникальные ориентиры – звездное небо и магнитное поле Земли. Новейшие исследования раскрывают механизмы и нейронные основы их удивительных способностей к навигации.
Богонгские мотыльки – загадочные ночные путешественники Агроци́с инфу́за, известные как богонгские мотыльки, представляют собой загадочный вид, который каждую весну и осень совершает двунаправленную миграцию между местами размножения в юго-восточной Австралии и высокогорными пещерами в австралийских Альпах. Весной молодые особи направляются в горы для летней спячки (аэстивации), где они переживают жаркий сезон, а затем осенью эти же индивиды возвращаются на родные территории для размножения и окончания жизненного цикла. Уникальной особенностью данной миграции является то, что мотыльки направляются в ограниченный географический регион, который они никогда не посещали ранее. Это указывает на наличие врожденного или наследуемого навигационного механизма, который позволяет им точно ориентироваться на ночном небе. Многие ученые подозревали, что ориентация на звезды может играть ключевую роль, и последние лабораторные и полевые эксперименты подтвердили эту гипотезу.
Использование звездного неба в качестве компаса Современные экспериментальные методики позволили исследователям воспроизводить звезды ночного неба в контролируемых условиях и наблюдать за направлением полета мотыльков в специальных летательных симуляторах. Эти работы продемонстрировали, что в отсутствии магнитного поля, когда влияние магнетизма на навигацию исключалось с помощью специальных гелмгольцевых катушек, мотыльки всё равно удерживали сезонно корректное направление – весной летели на юг, а осенью – на северо-запад. Когда звездное небо искусственно переворачивалось на 180 градусов, мотыльки резко меняли направление полета на противоположное, подтверждая, что именно ожидаемое расположение звезд служит для них ориентиром. При демонстрации случайно разбросанных звезд мотыльки теряли ориентацию, что свидетельствует об использовании ими сложных визуальных шаблонов звездного неба, а не просто отдельной яркой точки или луны. Значимость этого открытия тяжело переоценить: если до сих пор предлагалось, что лишь птицы и некоторым млекопитающим свойственно ориентироваться по звездам, то богонгские мотыльки становятся первыми известными насекомыми, способными использовать звезды как компас для определения конкретного географического направления на дальние расстояния.
Магнитный компас – важная поддержка в условиях облачности В реальной природе ночное небо может быть скрыто облаками, и звезды оказываются недоступны. Однако поведение богонгских мотыльков при полностью затянутом небе показывает, что они сохраняют способность ориентироваться в их наследственном миграционном направлении. Это прямое свидетельство того, что помимо звездного компаса у мотыльков имеется еще один орган чувств – магнитный компас, позволяющий ориентироваться по магнитному полю Земли. Сочетание этих двух различных компасов делает систему навигации богонгских мотыльков особенно устойчивой к изменениям во внешней среде. Когда звезды укрываются облаками, магнитный компас берет верх, и наоборот.
Такая двойная система значительно повышает надежность долгих миграций в ночных условиях. Нейронные механизмы восприятия звездного компаса Углубившись в изучение нейробиологических основ, ученые провели внутриклеточные записи активности нейронов в различных областях мозга мотыльков, включая оптический лоскут, центральный комплекс и латеральные аксессорные доли, которые играют роль центра навигации и ориентации. Обнаружено, что определенные визуальные нейроны демонстрируют специфическую реакцию на вращение звездного неба вокруг насекомого, проявляя максимальную активность при ориентации мотылька в определенном направлении (особенно в сторону юга). Часть нейронов отвечала на вращение неба в зависимости от направления вращения, другие проявляли однозначный ответ на определенное положение звезд. Такая специализированная нейронная обработка визуальной информации позволяет мотылькам ориентироваться в изменяющемся звездном шаблоне, учитывая суточное вращение Земли и сезонные перемещения созвездий.
Нейронные сети этих насекомых, судя по всему, формируют внутреннее представление ночного неба как компаса, что позволяет вычислять собственное направление движения и корректировать курс. Звездное небо и Млечный Путь как пространство ориентиров Из всех элементов ночного света, наиболее ярким и заметным ориентиром на звездном небе южного полушария является Млечный Путь – яркая и протяженная светлая полоса. Для мотыльков, по всей вероятности, Млечный Путь и его ярчайшие участки, такие как туманность Карины, служат важнейшими визуальными маркерами. Можно предположить, что мотыльки ориентируются по расположению светлых полос на небе и определенным конфигурациям звезд, считывая их место относительно полюса южного неба. Такая сложная визуальная карта, вероятно, интегрируется в мозговых центрах навигации, обеспечивая точность курса и удержание возвращаемого направления в течение ночи и сезона.
Сезонные и географические особенности навигации С учётом разных начальных точек размножения мотыльков в юго-восточной Австралии и общей цели – альпийских пещер – необходимо, чтобы навигационный механизм адаптировался к местоположению и сезону. Весной мотыльки направляются в горы, а осенью возвращаются на равнины. Нейронные механизмы, вероятно, включают процентное перераспределение тяги к различным направлениям в зависимости от сезона, а также компенсацию смещения звезд с течением ночи. Текущие исследования показывают, что центральный комплекс мозга насекомых, особенно веерообразное тело, может удерживать и обрабатывать эту навигационную информацию, сравнивая фактическое направление с желаемым курсом. Значение исследований для науки и природы Открытие звездного компаса у богонгских мотыльков расширяет наши знания о навигации у насекомых.
Долгое время считалось, что звездное ориентирование – прерогатива высших позвоночных, таких как птицы и млекопитающие, а теперь стало ясно, что насекомые способны на столь сложные навигационные стратегии. Понимание механизмов долгого ориентирования мотыльков может помочь в сохранении этого вида, учитывая его уязвимость и статус под угрозой исчезновения. Кроме того, эти знания имеют прикладное значение для разработки бионических навигационных систем в робототехнике и автономных летательных аппаратах, которые должны ориентироваться в сложных и слабоосвещенных условиях. Не менее важны вехи, связанные с нейробиологическим изучением: исследование специфических нейронов и их откликов раскрывает универсальные принципы обработки визуальной информации и интеграции сенсорных данных в мозге для достижения эффективной навигации. Перспективы дальнейших исследований Несмотря на значимый прогресс, остаётся многое непонятным: какие именно звездные конфигурации служат ключевыми ориентирами? Как мотыльки компенсируют вращение звездного неба в течение ночи? Есть ли у них внутренний «биологический часы» для корректировки звездного компаса? Как и когда интегрируются данные магнитного и звездного компасов? Также интересно узнать, насколько гибка и обучаема эта система навигации, адаптируются ли мотыльки к аномалиям магнитного поля или к различным световым загрязнениям, влияющим на видимость звезд.
Текущие методы, включая точечные записи нейронов, генетические исследования и моделирование поведения, позволят вскоре дать ответы на многие из этих вопросов. Заключение Богонгские мотыльки – удивительные ночные путешественники, которые используют звездное небо и магнитное поле Земли для точного навигационного ориентирования на протяжении огромных дистанций. Они входят в число немногих живых существ, которые могут читать карту звезд и определять свое местоположение и курс по уникальным визуальным узорам ночного неба. Эти знания не только расширяют горизонт научного понимания инстинктивного ориентирования животных, но и вдохновляют на инновационные решения в области навигационных технологий, а также подчеркивают важность сохранения биоразнообразия и природных условий, способствующих сохранности этих редких и уязвимых видов.
