В мире природы существует множество удивительных явлений, связанных с способностью животных ориентироваться и перемещаться на большие расстояния. Особенно впечатляющи миграции ночных существ, чья навигация кажется загадкой в условиях минимальной освещённости. Одним из ярких примеров таких уникальных путешественников являются богонговые мотыльки (Agrotis infusa) — насекомые, совершающие эпические миграции длиной до 1000 километров в предгорья Австралийских Альп. Новейшие исследования показали, что они используют звёздный компас для ориентации в ночном небе — навигатор, ранее почти не задокументированный у беспозвоночных. Рассмотрим подробно, как именно мотыльки достигают столь сложного ориентационного мастерства, и какие механизмы лежат в основе их удивительной способности.
История миграций богонговых мотыльков начитается с весны, когда миллиарды этих насекомых покидают горячие низменные районы юго-восточной Австралии. Их миграция ведёт их к группе ограниченных по численности прохладных горных пещер в Австралийских Альпах — месту, где мотыльки проводят летний период в состоянии летней спячки, или эстивации. На протяжении нескольких месяцев мотыльки остаются в таком состоянии покоя, чтобы избежать неблагоприятных климатических условий. По осени происходит обратный миграционный путь к местам размножения, где мотыльки откладывают яйца и завершают цикл своей жизни. Само по себе событие ежегодной миграции вызывает восхищение, но уникальность этого поведения заключается в загадочной способности мотыльков достигать определённого пункта назначения в условиях полной темноты и при отсутствии у них личного опыта этих территорий.
Вопрос, как они могут так уверенно ориентироваться и лететь в необходимом направлении, оставался открытым до недавнего времени. Современные исследования с использованием специально разработанных летных симуляторов позволили ученым тщательно изучить ориентационное поведение насекомых под контролем различных внешних факторов. В одном из экспериментов мотыльков помещали в прозрачные цилиндрические камеры на открытых холмах с полным обзором ночного неба и ландшафта, фиксировали их направление полёта, одновременно исключая влияние магнитного поля Земли с помощью специальных устройств — так называемых трёхосевых катушек Гельмгольца. Данные показали, что богонговые мотыльки выбирают сезонно правильное направление даже при отсутствии луны, используя положение звёзд. Мотыльки сохраняли свои ориентиры, несмотря на перемещение небесных светил вследствие вращения Земли в течение ночи.
В случае, когда звёздное небо было полностью покрыто облаками, насекомые всё равно ориентировались в нужную сторону. Это указывает на наличие дублирующей навигационной системы — магнитного компаса, позволяющего им сохранять курс в отсутствие визуальной информации. Одним из наиболее ярких открытий стала демонстрация того, что мотыльки действительно используют именно звёздный компас как основной навигационный инструмент на ночном небе, а магнитный компас играет роль резервного или дополнительного средства для засечения направления в условиях плохой видимости. Эксперименты в лабораторных условиях при искусственно проецированном звездном небе позволили получить более точные данные. Мотыльков помещали в специальные свободно вращающиеся установки без воздействия магнитного поля Земли, снабжая над головой природное или модифицированное звездное небо.
Тогда было выявлено, что мотыльки летят точно в сезонно запрограммированном направлению — строго на юг весной и на север-северо-запад осенью. При ротации звездного неба на 180 градусов они поворачивали направление полёта на противоположное. При случайной перестановке звёзд мотыльки теряли ориентировку, что подтверждало их зависимость от конкретной конфигурации ночного неба. Понимание того, какие именно особенности звездного неба служат мотылькам ориентиром, помогает сузить круг гипотез. Учитывая малый размер глаз, мотыльки способны различать не отдельные звёзды, а скорее общие структуры небесного свода, например яркую полосу Млечного Пути, который в южном полушарии занимает видное место на небосклоне и меняется весьма предсказуемо в течение ночи и сезона.
Несколько светлых участков Млечного Пути (в том числе область вокруг туманности Киля) заметны и выделяются из общей звездной массы, что, с физиологической точки зрения, позволяет мотылькам использовать их как ориентиры. В дополнение к поведенческим исследованиям, нейрофизиологи смогли зарегистрировать активность нервных клеток мотыльков, чувствительных к положению звездного неба. Записи проводились в мозговых структурах, ответственных за зрительную обработку и навигацию — зрительном лобе, центральном комплексе и латеральных акссессорных узлах. Нейроны показывали специфический отклик в зависимости от ориентации звездного неба, с максимальным возбуждением, когда головное направление мотылька было южным, независимо от времени года. Эти данные свидетельствуют о существовании специализированной пищеварительной системы, которая кодирует визуальные компасные сигналы и передаёт их управляющим центрам для формирования команды на поворот.
Морфология и функции нейронов, задействованных в этом процессе, демонстрируют разнообразие. Некоторые нейроны отвечают резко на положение светлых звездных элементов, другие реагируют на направление вращения небесного купола. Эти нейронные сети обеспечивают мотылькам возможность отслеживать часовые изменения небесных ориентиров и компенсировать вращение Земли, что жизненно важно для точного следования по маршруту. Когда же звёздные ориентиры становятся недоступны — например, в пасмурную погоду — мотыльки по умолчанию переключаются на магнитный компас. Такая избыточность навигационных систем гарантирует устойчивость миграционного поведения даже при неблагоприятных условиях.
Электромагнитные возмущения и изменения характеризуются в Австралийских Альпах как минимальные, но вероятность тогда плавного перехода между двумя механизмами значительно снижает риск ошибки и обеспечивает доведение насекомых к местам кормёжки и размножения. Благодаря применению современного технологического инструментария, включающего феромагнитно-чистую лабораторную обстановку, имитацию звездного неба программным обеспечением Stellarium с проектированием крайне точных небесных образов и точнейшие методы регистрации поведения и электрофизиологии мозга, исследователи получили уникальную возможность заглянуть в тайны ночной навигации насекомых. Понимание работы звездного компаса у богонговых мотыльков не только расширяет знания о миграционном поведении насекомых, но и открывает перспективы создания новых навигационных систем в робототехнике и искусственном интеллекте, вдохновленных природными механизмами. Уникальная способность соединить и интегрировать множественные сигналы окружения, постоянно адаптироваться к меняющимся условиям и принимать решения — пример бионической мудрости миллионов лет эволюции. В заключение, богонговые мотыльки служат наглядным примером того, как сложные природные стратегии ориентировки используют разнообразные сенсорные сигналы и нейронные механизмы для успешного преодоления масштабных миграций.
Их способность использовать звёздный компас для навигации — уникальная среди бесхребетных находка, дополняющая знания о биофизических и биологических принципах движения в ночной среде. Этот феномен открывает новые горизонты как для науки, так и для прикладных технологий, демонстрируя, что порой самые простые живые существа могут стать примером удивительного совершенства природного дизайна.
