В мире природы существует множество впечатляющих миграционных феноменов, среди которых выделяется ночной перелет мотыльков Богонга — насекомых, обитающих исключительно в Австралии. Ежегодно миллиарды этих мотыльков преодолевают расстояния до тысячи километров в поисках прохладных мест для летнего отдыха, и затем возвращаются обратно в свои родные места для размножения. Но как они находят свой путь в ночи, при этом никогда не бывая в точке назначения ранее? Последние исследования, проведенные ведущими учеными в области биологии и нейрофизиологии, пролили свет на этот загадочный вопрос и подтвердили, что мотыльки Богонга используют звездное небо в качестве компаса, дополненного магнитным полем Земли, для точной ориентации в пространстве. Путешествие мотыльков Богонга начинается весной, когда молодые особи вылетают из мест своего рождения, направляясь в высокогорные пещеры Австралийских Альп — прохладные места, где они проводят летний период в состоянии летней спячки (аестивации). Хотя мотыльки никогда прежде не посещали эти места, они способны безошибочно добраться до них, ориентируясь по сложным природным сигналам.
Осенью те же самые особи совершают обратный маршрут, возвращаясь обратно в родные края для продолжения рода. Исследования, проводившиеся в специально оборудованных лабораториях и на открытом воздухе, включали использование инновационных полетов в симуляторах, позволяющих точно измерять направление движения мотыльков в искусственных условиях ночного неба. Эксперименты показали, что мотыльки, свободно вращаясь и выбирая направление полета, уверенно следуют своим сезонным миграционным направлениям даже при отсутствии магнитного поля, если им доступен полный обзор звездного неба. Особое внимание уделялось влиянию естественного движения звезд и Луны над горизонтом, так как с течением ночи положение светил изменяется, что потенциально осложняет использование звезд для навигации. Тем не менее мотыльки демонстрировали стабильность выбранного курса, не отклоняясь от правильного направления, несмотря на вращение небесного свода.
Это явление вызывает интерес к тому, каким именно образом мотыльки «считывают» и обрабатывают звездную информацию — возможно, они ориентируются на определенные ключевые звезды или целые созвездия, а также на яркую полосу Млечного Пути, которая особенно хорошо видна в ночном небе Южного полушария. Эксперименты с выключенным магнитным полем Земли, созданным благодаря трехосевой системе катушек Хельмгольца, подтвердили, что звездный компас является самостоятельным и достаточным для ориентации механизмом. При этом, когда небо было скрыто плотной облачностью и звезды отсутствовали, мотыльки по-прежнему умели ориентироваться в нужном направлении, используя магнитное поле планеты. Таким образом, исследователи сделали вывод, что у этих насекомых есть гибкая двухкомпонентная система навигации, где звездное небо и магнитное поле дополняют друг друга, обеспечивая надежность при разных условиях среды. Наряду с поведением, ученые углубились в нейрофизиологические аспекты навигации мотыльков.
Изучение активности нейронов в различных отделах мозга насекомых — особенно в так называемом центральном комплексе, отвечающем за пространственную ориентацию и навигацию, показало, что отдельные визуальные нейроны реагируют на вращение изображения звездного неба. Эти клетки демонстрируют пиковую активность, когда мотылек ориентирован «на юг», что свидетельствует о тонкой настройке их системы к заданным направлениям Земли. Кроме того, были идентифицированы разнообразные типы нейронов, некоторые из которых показали уникальную чувствительность к форме и яркости полосы Млечного Пути и расположению дальнейшей яркой области, связанной с созвездием Киля и районами туманностей. Такая сложная нейроанатомия говорит о том, что мотыльки обладают специализированным механизмом распознавания и обработки пространственных звездных шаблонов, что делает их навигацию чрезвычайно эффективной. Уникальность открытия состоит в том, что до сих пор считалось, что использование звездного компаса для дальних миграций — заслуга птиц и некоторых млекопитающих.
В природе известно, что ночные жуки ориентируются по Млечному Пути, но делают это для поддержания прямой линии при коротких перелетах или перемещениях. Мотыльки Богонга же являются первыми насекомыми, у которых продемонстрирована способность использовать звезды для определения географических направлений при миграциях на тысячи километров, причем с сезонной сменой маршрута. Современные технологии, такие как проецирование виртуального звездного неба на экраны в лабораторных условиях, позволили воспроизводить естественные условия ориентирования с высокой точностью. Эксперименты с дополнительно модифицированными изображениями, где местоположение звезд было случайно перемешано, показали, что мотыльки утрачивают способность ориентироваться — подтверждая важность именно пространственной организации звездного неба для навигации. Сложным остается вопрос о том, как мотыльки учитывают изменения положения звезд из-за вращения Земли и сезонных изменений.
Варианты включают ориентацию на центр вращения звёздного свода (полюс южного неба) или наличие у мотыльков аналогичного понятию «временной компенсации», известной у бабочек Монарх, которая позволяет корректировать курс в зависимости от времени суток. Помимо звездного компаса и магнитного сенсора, мотыльки могут использовать и другие ориентиры, включая слабые схемы поляризации света, связанные с Луной. Однако поляризация на Луне не всегда доступна, тогда как звезды и магнитное поле работают практически каждую ночь, что делает их основными ориентирами. Открытие нейронов, реагирующих специфически на звездное небо, проливает свет на сложные мозговые механизмы, лежащие в основе ориентации мотыльков. Электрофизиологические записи показали, что эти нейроны находятся в областях мозга, связанных с обработкой визуальной информации и ориентацией.
Некоторые из них отвечают на вращение изображения звездного неба, показывая направленную пиковую активность, а другие связаны с моторными центрами, предполагая их роль в управлении полетом. Таким образом, ориентация мотыльков Богонга основана на интеграции нескольких навигационных систем — звездного компаса, магнитного поля и, вероятно, других вспомогательных сигналов. Это обеспечивает надежность и гибкость в условиях разной видимости и погодных условий. История миграции этих насекомых является удивительным примером эволюции сложных биологических механизмов ориентации и навигации в природе. Результаты этих исследований имеют важное значение не только для понимания биологии насекомых, но и для широкой сферы навигационных технологий, вдохновленных природой.
Изучение биологического звездного компаса может привести к развитию новых методов ориентации в автономных роботах, летательных аппаратах и других системах, функционирующих в условиях ограниченных традиционных ориентиров. В целом, изучение миграций мотыльков Богонга демонстрирует, насколько удивительно приспособленными могут быть даже небольшие насекомые для решения сложных навигационных задач. Использование звездного неба и магнитного поля как надежных компасов на протяжении тысячелетий помогает им преодолевать огромные расстояния и находить точные места для отдыха и размножения. Эта уникальная способность подчеркивает невероятное разнообразие и сложность природных навигационных стратегий, продолжающих вдохновлять ученых всего мира на дальнейшие открытия.
