Путешествия на большие расстояния среди животных всегда вызывают удивление, особенно когда речь идет о ночных миграциях насекомых. Одним из наиболее поразительных примеров таких миграций является ежегодный перелет мотыльков Богонга, которые способны пролетать до тысячи километров в условиях полной темноты. Их удивительная способность ориентироваться в ночном небе и достигать конкретных, ранее не посещаемых мест, продолжает вызывать интерес как биологов, так и специалистов в области нейронаук и навигации. Богонги — это крупные ночные мотыльки, обитающие в юго-восточной части Австралии. Каждый год весной молодые особи мигрируют с южных равнин Австралии в высотные зоны Австралийских Альп с целью найти прохладные пещеры для долгого периода покоя, называемого эстивацией.
На протяжении нескольких месяцев они остаются в этих местах, после чего с наступлением осени совершают обратный путь к своим родным местам размножения. Это круговое путешествие, проходящее в ночное время, требует точной навигации и ориентации, учитывая, что мотыльки никогда ранее не посещали эти пещеры. Долгое время биологи полагали, что ночные мотыльки ориентируются преимущественно по магнитному полю Земли, а также по локальным визуальным ориентиром. Однако роль звезд в их навигации оставалась неясной. В недавно проведенном исследовании, результаты которого опубликованы в Nature, ученые доказали, что мотыльки Богонга действительно используют звездное небо как компас для ночной навигации на большие расстояния.
Для проведения экспериментов специалистами были отловлены мигрирующие мотыльки на территории около австралийских Альп. Затем их поместили в специальный летательный симулятор — прозрачный цилиндр с возможностью полного обзора ночного неба и окружающего ландшафта. В этих условиях была проведена серия наблюдений их ориентации в естественных условиях — с открытым звездным небом и с видимым лунным светом, а также с искусственно затемненным небом, включая случаи полной облачности. Интересное наблюдение заключалось в том, что мотыльки сохраняли направление своего полета в соответствии с сезонной миграцией — на юг весной и на север осенью. При этом даже в условиях полной облачности, когда звездное небо было полностью скрыто, мотыльки умели ориентироваться, используя при этом магнитное поле Земли, что подтверждает ранее известную роль магнитного восприятия.
Однако при отключении магнитного восприятия, с использованием специальных Helmholtz катушек для создания нулевого магнитного поля, мотыльки без звездного неба теряли способность ориентироваться. Дополнительные эксперименты с искусственно проецируемым ночным небом на экран над мотыльками позволили подтвердить, что именно расположение звезд в небе играет решающую роль в определении направления полета. При повороте изображения ночного неба на 180 градусов мотыльки меняли направление своего ориентирования в точном соответствии с изменением положения звездного узора. Если же звезды были перемешаны случайным образом, теряя географическую карту ночного неба, мотыльки становились дезориентированными и не могли выбирать правильное направление для миграции. Таким образом, можно заключить, что мотыльки Богонга обладают уникальным звездным компасом, позволяющим определить конкретные географические направления и не сбиваться с пути при длительной миграции.
Это подтверждает, что даже насекомые с относительно небольшими глазами и простым нервным аппаратом способны на сложную пространственную ориентацию, основанную на анализе сложных визуальных сигналов. Учеными также была изучена нейрофизиология мозговой активности мотыльков в ответ на вращающиеся изображения звездного неба. С использованием внутриклеточных записей были выявлены специализированные нейроны в различных отделах мозга, в частности в оптических луковицах, центральном комплексе и латеральных аксессорных лобах. Эти нейроны отвечали на поворот звездного неба с характерной изменчивостью частоты импульсов, достигая максимума при определенном угле поворота, что свидетельствует о точном кодировании направления головного ориентира относительно звездного поля. Нейрональные ответы имели несколько типов характеристик — возбуждаемые или подавляемые одним пиком активности, а также проявляли чувствительность к направлению вращения картинки.
Особенно интересны unimodal нейроны, которые максимально активировались при ориентации мотылька на юг, что совпадает с направлением миграции весной. Это указывает на особую роль этих нейронов в формировании навигационного сигнала. Морфологические исследования подкрепили эти функциональные данные, показав, что соответствующие нейроны имеют разветвленную структуру и связаны с известными навигационными мозговыми центрами насекомых. Центральный комплекс считается ключевым органом для пространственной ориентации у насекомых, причем роль латеральных аксессорных лобов связана с генерацией команд на управление движением. Такая комплексность нервной сети обеспечивает устойчивую обработку данных из различных источников: звезд, магнитного поля и местных ориентиров.
Одно из важных открытий состоит в том, что мотыльки интегрируют данные от сразу двух компасов: звездного и магнитного. При ясной погоде и видимых звездах преимущество отдается звездному компасу, тогда как в условиях облачности или отсутствия звезд мотыльки переключаются на магнитный компас. Такая гибкость обеспечивает надежную навигацию вне зависимости от смены погодных условий и фаз луны. Еще одной особенностью является способность мотыльков компенсировать вращение звездного неба в течение ночи. Из-за вращения Земли созвездия и яркие объекты, такие как млечный путь, смещаются относительно горизонта, что потребовало от мотыльков либо способности отслеживать суточные перемещения звезд, либо использовать неподвижные ориентиры, например, центр вращения небесной сферы вокруг Южного полюса.
Роль млечного пути также заслуживает внимания. В австралийском небе это яркая и протяженная полоса, наиболее заметная в южной части небосвода. Биологические измерения показывают, что мотыльки способны воспринимать эту полосу, и некоторые изученные нейроны реагируют именно на характерные формы и яркость ее отдельных участков, таких как область, окружающая созвездие Киля. Природное использование водных углов, поляризованного света, луны и других ориентиров в ночное время встречается у различных насекомых и птиц, но доказательная база для использования звездных компасов у насекомых ограничена. Исследование мотыльков Богонга впервые показывает убедительные поведенческие и нейрофизиологические данные в пользу такого звездного навигационного механизма у беспозвоночных.
Это открытие не только расширяет знания о бифункциональных компасах у мигрирующих животных, но и открывает новые перспективы для изучения особенностей обработки сложной визуальной информации и обучения географической навигации на молекулярном и нейрональном уровне. Оно создает благодатную почву для будущих исследований, которые смогут выяснить, какие конкретные звезды или созвездия используют мотыльки, а также каким образом они учитывают время суток, сезон и собственное географическое положение для построения навигационных карт. В целом, исследование демонстрирует выдающийся пример того, как природа использует доступные сигналы окружающей среды для решения сложных задач ориентации и миграции. В то время как большинство исследований ночной навигации фокусируются на птицах, удивительно видеть, что мотыльки, несмотря на ограничения своего сенсорного аппарата, эволюционировали столь же эффективные стратегии. Исследователи также отмечают важность комплексного подхода, объединяющего поведенческие эксперименты, визуализацию звездного неба, манипуляции с магнитным полем и нейрофизиологические методы.
