Мотыльки Богонга — одни из самых примечательных ночных насекомых Австралии, прославившиеся своей способностью совершать длительные миграции, простирающиеся на сотни километров. Их удивительная способность ориентироваться ночью в темноте до сих пор была предметом интенсивных исследований и удивления ученых. Совсем недавно было раскрыто, что эти мотыльки совмещают в своей навигации звёздный компас и магнитное поле Земли, позволяющие им путешествовать к определенным удаленным местам, которые они ранее никогда не посещали. Ежегодно весной миллиарды мотыльков Богонга покидают свои места проживания на юго-востоке Австралии и направляются в Австралийские Альпы — ограниченную группу прохладных пещер, где они проводят летний период в состоянии длительного покоя, известном как эстивация. После нескольких месяцев сна, с наступлением осени, эти же особи совершают обратный перелет к своим местам размножения, где откладывают яйца и умирают.
Самое удивительное, что мотыльки всегда направляются к новым местам, которые не посещали ранее, что говорит о наличии врожденных механизмов навигации. Главный инструмент навигации мотыльков — звездный компас. Исследования показали, что мотыльки способны использовать расположение звезд на ночном небе для определения своего географического положения и направления движения. В экспериментах с использованием современного полета симулятора и искусственно воспроизведенного ночного неба без луны, где магнитное поле было нейтрализовано, мотыльки демонстрировали сезонно корректное направленное движение — на юг весной и на север осенью. Это ярко свидетельствует, что звезды сами по себе служат для них надежным навигационным ориентиром.
При этом мотыльки обладают и магнитным компасом: в случае, если ночное небо окутано плотной облачностью, а звезды и луна скрыты, они переключаются на восприятие магнитного поля Земли, чтобы не терять ориентиры. Такое дублирование систем навигации делает перемещение мотыльков устойчивым к естественным препятствиям, возникающим в ночное время. Основой звездного компаса у мотыльков стали нейронные цепи, ответственные за восприятие и обработку визуальных сигналов. Ученым впервые удалось записать активность отдельных нейронов в мозге насекомого, которые реагировали на вращение изображения ночного неба. Эти визуальные клетки находились в разных участках мозга, в том числе в оптическом лобе, центральном комплексе и латеральных аксессорных лепестках — областях, тесно связанных с навигацией и управлением движением.
Важной особенностью работы этих нейронов стало их избирательное реагирование на ориентацию звездного неба относительно направления движения мотылька. Большинство таких нейронов проявляют максимальную активность, когда мотылек направлен на юг, что согласуется с направлением миграции весной. Кроме того, экспериментально было показано, что искусственная перестановка звездных образов или случайное распределение звезд приводит к потере направленной реакции мотыльков, подчеркивая их зависимость именно от узнаваемых звездных структур. В ночном небе Южного полушария яркая полоса Млечного Пути занимает центральное место и вероятно служит для мотыльков важнейшим ориентиром. Яркие области, такие как туманность Карины, формируют уникальные световые паттерны, по которым мозг мотылька определяет текущее направление.
Эти особенности обеспечивают надежность ориентации, несмотря на суточное вращение звездного неба и сезонные изменения расположения отдельных звездных созвездий. Интересно, что помимо звезд и магнитного поля, способность мотыльков ориентироваться вероятно дополняется восприятием лунного света и поляризованного света, однако миграции происходят и в период новолуния, когда эти ресурсы отсутствуют. Это говорит о том, что звездный и магнитный компасы являются основными, а другие источники лишь дополняют навигационную систему при наличии. Данная навигационная система проявляет удивительную гибкость и надежность. Мотыльки не просто реагируют на самые яркие точки неба, а способны различать конкретные географические направления, используя комплекс сложных визуальных признаков.
При этом их внутренние звёздные компасы компенсируют суточное вращение неба, позволяя удерживать точное направление на протяжении всей ночи. По аналогии с другими ночными мигрантами, например птицами, существуют предположения о наличии у мотыльков компенсированного с помощью внутренних часов звездного компаса. Точность и устойчивость навигации у мотыльков Богонга обеспечивается также комбинацией разных сенсорных систем. При неблагоприятных погодных условиях, когда визуальные сигналы становятся недоступны, мотыльки переключаются на магнитную ориентацию, при этом при наличии звездного неба они, наоборот, могут игнорировать магнитные сигналы. Такая двойная система повышает шансы успешной миграции, существенно снижая риски дезориентации.
Исследования нейрофизиологии мотыльков открывают новые горизонты в понимании того, как насекомые интегрируют сложную информацию из окружающей среды для выполнения удивительных навигационных задач. Открытие уникальных нейронов, реагирующих на звездное небо и обеспечивающих ориентацию в пространстве, дает ценную модель для изучения мозговых механизмов навигации в более широком эволюционном контексте. В целом, Богонги представляют собой пример того, как простые существа, обладая относительно небольшим мозгом, способны решать сложнейшие задачи пространственной ориентации. Их навигационная система основана на постоянном взаимодействии звездного света и магнитного поля, обеспечивая точность и защиту в условиях ночного путешествия на большие расстояния. Разобравшись с особенностями этих механизмов, ученые получают возможность не только лучше понять биологию насекомых, но и использовать полученные знания для создания новых биоинспирированных навигационных систем в робототехнике и других технологиях.
Подытоживая, можно сказать, что мотыльки Богонга — уникальные ночные мигранты, которые используют звездное небо в качестве надежного компаса для ориентировки во время своих длинных ночных перелетов. Комбинация звездного и магнитного компасов создает эффективную и устойчивую навигационную систему, поддерживающую миграцию этих насекомых в условиях переменчивой окружающей среды. Развитие понимания их навигационных механизмов открывает новый взгляд на сложность и изящность биологических систем, формирующихся эволюцией для решения жизненно важных задач.
