Мир насекомых полон неожиданных загадок, а одна из самых удивительных — способность некоторых из них совершать длительные миграции, ориентируясь в ночном небе. Одним из примеров такого феномена является мотылёк Богонг, обитающий в Австралии, который совершает ежегодные путешествия длиной до тысячи километров к прохладным пещерам в Австралийских Альпах и обратно. Уникальность этих миграций в том, что насекомые направляются к местам, где никогда прежде не были, используя инстинктивно унаследованные механизмы навигации. Ученые интенсивно изучают, как именно мотыльки справляются с этой задачей, и последние исследования выявили, что они применяют звёздный компас — способ ориентироваться по положению звёзд на ночном небе — в совокупности с восприятием магнитного поля Земли. Путешествие мотыльков Богонг начинается весной, когда миллиарды молодых особей покидают свои места размножения в юго-восточной Австралии и отправляются в сторону Австралийских Альп, чтобы провести там лето в прохладных пещерах.
Это позволяет им избежать летнего зноя низменностей. После нескольких месяцев покоя, называемого эстивацией, те же самые мотыльки осенью возвращаются обратно в места своего рождения, чтобы участвовать в размножении, после чего заканчивают жизненный цикл. Такая цикличность удивительна не только благодаря расстояниям, которые преодолевают насекомые, но и благодаря точной ориентации и выбору конечных пунктов назначения. На протяжении долгого времени биологи не могли понять, какие именно ориентиры используют Богонг мотыльки, особенно в ночном времени и при отсутствии видимых наземных ориентиров. Предполагалось, что мотыльки воспринимают магнитное поле Земли, известное своей ролью в навигации многих мигрирующих животных.
Однако магнитное поле не даёт визуальных подсказок и может меняться в зависимости от географического места. Поэтому присутствие дополнительных ориентиров было необходимым. Недавние эксперименты с использованием специально разработанных полевых летательных симуляторов позволили исследовать, как мотыльки реагируют на различные визуальные и магнитные условия. Ученые зафиксировали мотыльков на подвесных системах в полевых установках, предоставляя им полный обзор ночного неба и возможности свободно поворачиваться в разные стороны. Так было замечено, что мотыльки способны удерживать заданное направление в зависимости от сезона: зимой активно летят на север, а летом — на юг.
Важным открытием стало то, что даже при искусственном отсутствии магнитного поля мотыльки сохраняют сезонно правильное направление, используя наглядный ориентир — звёзды. Чтобы проверить, действительно ли мотыльки ориентируются по звёздному небу, в лабораторных условиях с помощью проекторов воспроизводили естественное южное ночное небо с его звёздами и Млечным Путём. При этом искусственно компенсировали магнитное поле, исключая его влияние на поведение насекомых. Мотыльки показывали уверенное управление направлением движения в правильном сезонном направлении. При же случайной перестановке звёзд мотыльки теряли ориентацию и летели хаотично, что подтверждало важность именно звёздного узора как ориентира.
Удивительно, что мотыльки способны не просто использовать общее свечение ночного неба, а именно узнавать расположение отдельных звёзд или их групп, формируя внутренний звёздный компас. Этот механизм похож на способ навигации у ночных птиц и человека, но до недавнего времени не был известен у насекомых. При этом поведение мотыльков остаётся устойчивым в течение ночи, несмотря на движение звёзд по небу из-за вращения Земли, что требует либо компенсации времени, либо использования неподвижных точек, таких как полюс вращения ночного неба. Могут ли мотыльки определять центр звёздного вращения или обладают своим собственным механизмом компенсации сдвига — вопрос для дальнейших исследований. Наряду с поведением ученые интересовались тем, как именно мозг мотыльков обрабатывает информацию с ночного неба.
Для этого проводились электрофизиологические эксперименты, в ходе которых регистрировалась активность нейронов различных отделов мозга насекомого. Была исследована реакция нервных клеток на вращение изображения звёздного неба. Результаты показали, что в их мозгу существуют специализированные визуальные интернейроны, которые адаптированы к восприятию специфических ориентиров и реагируют на вращение ночного неба, активируясь наиболее интенсивно, когда мотылёк направлен в определённое направление, например, на юг. Некоторые нейроны были обнаружены в частях мозга, известных как центральный комплекс и латеральные вспомогательные узлы, которые у насекомых связаны с навигацией и координацией движений. Другие — в зрительной луковице, занимающейся первичной обработкой визуальной информации.
Эти нейроны демонстрируют разнообразие откликов: одни возбуждаются, другие — тормозятся, а часть реагирует на направление вращения изображения. Важным моментом исследования было выявление нейронов, которые способны кодировать направления, основанные именно на зведном небе, исключая другие визуальные или магнитные сигналы. Особое внимание в исследованиях уделялось роли Млечного Пути — яркого полосатого светильника в южном полушарии неба, который в строении и движении остаётся относительно постоянным с течением ночи и годами. Физиологические ответы нейронов показали чувствительность к ярким областям Млечного Пути, к его формам и расположению, что позволяет предполагать его основу для ориентационной системы мотыльков. Такой подход напоминает ориентировку жуков, которые используют Млечный Путь для короткой ориентации, но мотыльки применяют его для держания заданного курса при переходе на значительные расстояния.
Важным аспектом является то, что мотыльки обладают по крайней мере двумя навигационными системами — звёздным компасом и магнитным компасом Земли. В случае, когда одна из систем оказывается недоступна — например, при облачности или солнечных вспышках, влияющих на магнитное поле — другая система продолжает поддерживать ориентир для навигации. Таким образом, наличие двух компасов обеспечивает надежность и точность невидимого путешествия мотыльков через ночь и пространство. Современные методики и технологии, позволившие получить эти знания, включают сложное оборудование — от мобильных полевых летательных симуляторов для насекомых до лабораторных установок с электронными системами генерации искусственного звездного неба и управления магнитным полем. Все эти методы позволяют изолировать и тщательно исследовать компоненты навигационной системы.
