Мотыльки Bogong — удивительные насекомые, обитающие на юго-востоке Австралии, прославившиеся своим масштабным миграционным поведением. Каждую весну миллиарды этих мотыльков начинают сложное путешествие на расстояние около тысячи километров, направляясь в горные районы Австралийских Альп, где проводят летующие месяцы в спячке. Осенью те же особи, которые пережили летнюю «аэстивацию», возвращаются обратно к местам размножения, чтобы завершить жизненный цикл. Удивительно то, что эти мотыльки попадают точно в те же ограниченные и ранее не посещаемые пещеры, что указывает на наличие высокоточной навигационной системы. Последние исследования раскрывают, что одним из важнейших навигационных инструментов Bogong являются звезды ночного неба — мотыльки буквально используют звездный компас для ориентации во время длинных миграций ночью.
Долгое время точно не было известно, какие именно естественные визуальные сигналы использовали мотыльки для ориентирования в ночном пространстве. Известно было, что они способны чувствовать магнитное поле Земли и опираться на магнитный компас, как многие другие мигрирующие животные. Однако роль ночного неба и звезд при сохранении направления миграций оставалась придуманной гипотезой, так как окружающая среда часто оказывает непредсказуемое влияние: движение звезд вследствие вращения Земли, смена сезонов, облачность, а также фазы и положение Луны могли создавать помехи. Для исследования навигационных способностей мотыльков ученые применили сложную методику летных симуляторов. В этих специальных установках индивидуальных мотыльков фиксировали, но позволяли им свободно «летать» и выбирать направление полета в условиях, приближенных к естественным.
При этом над ними проецировался либо естественный ночной звездный небосклон, либо его измененный или искусственно вращаемый вариант. Чтобы еще больше исключить влияние магнитного поля, пространство симуляторов помещали в магнитное поле нулевой силы посредством трехосевой системы Helmholtz, позволяя изолировать визуальные стимулы в качестве ориентиров. Результаты показали, что мотыльки действительно следуют своим сезонным природным направлениям миграции — весной в горы на юг, а осенью обратно на север — даже в условиях отсутствия магнитного поля, опираясь исключительно на звезды. При повороте изображения звездного неба на 180 градусов мотыльки изменяли направление полета почти противоположно, что доказывало использование ими звездного компаса. При замене настоящего звездного неба на случайно рассыпанные точки света, не представляющие истинного расположения звезд, ориентация мотыльков становилась хаотичной, что еще раз подтвердило важность правильной структуры звездного неба как ориентира.
Дополнительные полевые эксперименты, проведенные под открытым небом при естественных условиях, показали, что мотыльки сохраняют устойчивое ориентирование даже во время смены звездных позиций по ночам. Более того, даже при затянутости неба облаками и отсутствии звезд и Луны мотыльки не становились дезориентированными, что свидетельствует о комбинированном использовании магнитного компаса. Таким образом, у мотыльков Bogong существует гибкая система навигации, где звездный и магнитный компасы дополняют друг друга, повышая надежность и точность миграций. Еще одним прорывом стало открытие нейронной базы этой навигации. Исследователи записывали активность отдельных визуальных нейронов в разных отделах мозга мотыльков — в первичной зрительной коре (оптический лоскут), центральном комплексе и латеральных аксессуарных ядрах, известных как важные центры ориентации и управления движением у насекомых.
Эти нейроны демонстрировали специфические реакции на вращение звездного неба, точно «подсказывая» направление, на которое ориентировался мотылек. При переключении изображения на рандомизированное, активности нейронов ухудшались или исчезали, что говорит о специализации на обработку конкретных небесных образов. Нейрональная активность была разнообразной, включая клетки, которые возбуждались при определенном ориентационном угле, а также клетки, которые подавлялись или реагировали по-разному в зависимости от направления вращения изображения. Причем большинство нейронов были настроены на максимальную активность, когда мотылек «смотрел» в сторону юга, независимо от сезона. Это совпадает с важностью южного направления для мотыльков в период их весенней миграции в горы.
Эти первые результаты нейрофизиологических исследований открывают перспективы создания более целостной модели того, как звездные и магнитные сигналы обрабатываются и интегрируются в мозгу мотыльков для сложной навигации. Интересно, что, несмотря на крохотные размеры мозга и сложность визуальных полей в мотылькових глазах, они способны обрабатывать достаточно сложные визуальные паттерны, например форму и яркость полосы Млечного Пути, а также яркие звездные скопления вроде туманности Карины — их аппаратура сравнима с ориентационными системами у ночных птиц и даже млекопитающих. Это демонстрирует удивительную адаптацию и высокую функциональность даже у самых маленьких мигрирующих существ. Таким образом, звездный компас мотыльков Bogong — это не просто простое следование ярким точкам на небе. Они используют пространственные закономерности, сезонные и суточные изменения небесных объектов, а также внутриестественные инстинкты для формирования точной системы навигации на большие дистанции.
Звездные образы при этом служат как географические ориентиры, дающие конкретное направление в пространстве, а магнитное поле дополняет эту информацию, обеспечивая надежность при неблагоприятных погодных условиях. Благодаря инновационным исследованиям с применением современных технологий стало возможным подробно понять процессы долгих миграций ночных насекомых, что имеет не только биологическую, но и экологическую значимость. Сохранение мигрирующих популяций мотыльков Bogong важно для поддержания экологического равновесия в австралийских экосистемах, поскольку эти насекомые служат важным пищевым ресурсом для птиц и летучих мышей, а также влияют на разложение растительного материала и опыление. Открытия в области звёздной навигации насекомых бросают вызов традиционному представлению о возможностях маленьких животных и расширяют знания о том, как природа использует астрономические объекты для ориентации. Такое знание также наводит на размышления о возможном использовании аналогичных принципов в робототехнике и искусственном интеллекте для создания автономных навигационных систем, особенно для ночных и дальних миссий.
Будущее исследований звездной навигации у насекомых подразумевает изучение конкретных звездных объектов и паттернов, используемых мотыльками, а также процесс их «калибровки» и обучения, возможное взаимодействие звездного и магнитного компаса на нейронном уровне, а также влияние изменений окружающей среды и светового загрязнения на их миграционные способности. Понимание таких аспектов поможет не только сохранить уникальные виды, но и более глубоко осознать удивительные способности живой природы к адаптации и ориентированию. Таким образом, мотыльки Bogong стали первой известной беспозвоночной, у которой доказана способность использовать звёздное небо для определения точных географических курсов во время миграций. Эта уникальная навигационная стратегия, объединяющая звездный и магнитный компасы, раскрывает новую грань животных ориентационных способностей и открывает перспективы для междисциплинарных исследований в биологии, нейронауках и астрономии.
