Миграция — одна из самых загадочных и впечатляющих форм поведения животных. Среди насекомых особое внимание учёных привлекают мотыльки Богонга, обитающие в Австралии. Эти ночные насекомые ежегодно совершают перелёты протяжённостью до тысячи километров, путешествуя от низинных районов к альпийским пещерам для летнего спячечного периода, а затем возвращаются обратно для размножения. Одним из самых интригующих открытий последних лет стала способность этих мотыльков ориентироваться по звёздному небу, используя уникальный звездный компас, который позволяет им сохранять точное направление даже ночью, в условиях полного отсутствия привычного дневного освещения. Среди ученых пока не известны другие насекомые с подобной способностью навигации на столь большие расстояния, что делает исследование Богонгов важным вкладом в понимание навигации в животном мире.
Основы миграции мотыльков Богонга связаны с их жизненным циклом. Весной молодые особи вылетают из мест размножения, разбросанных по юго-востоку Австралии, и направляются в единственные для них прохладные альпийские пещеры Австралийских Альп, где они впадают в состояние летней спячки, называемое эстивацией. Через несколько месяцев по осени эти же мотыльки возвращаются на свои места размножения, где откладывают яйца и затем умирают. Между двумя этими этапами пути насекомых можно назвать грандиозными с точки зрения дальности пути и точности ориентирования на местности, которую они никогда ранее не посещали. Ключом к пониманию этой точной навигации являются два сенсорных механизма: земное магнитное поле и звёздное небо.
Учёные экспериментально подтвердили, что мотыльки способны использовать магнитный компас для ориентации, что само по себе удивительно, учитывая небольшие размеры и сложность обработки этой информации. Однако магнитное поле может быть ненадежным ориентиром в некоторых условиях, например, во время магнитных бурь или локальных аномалий, поэтому насекомые дополнительно привлекают визуальные ориентиры неба. Особенность звездного неба в Южном полушарии заключается в ярком и легко различимом Млечном Пути, а также в расположении ярких созвездий, таких как Южный Крест и Южная Корона. В течение ночи и между сезонами положение звёзд меняется, но мотыльки способны корректировать своё восприятие и адаптироваться к этим изменениям, чтобы не сбиться с курса. Это было продемонстрировано с помощью приборов, имитирующих ночное небо, где при повороте звёзд на 180° направление полёта мотыльков изменялось соответственно, что доказывает наличие истинного звездного компаса.
Если же расположение звезд было случайным и нарушало привычный астрономический порядок, мотыльки теряли ориентировку, подтверждая, что именно структура звездного неба служит им навигационной системой. Важным дополнением к пониманию звездной навигации стало исследование мозга мотыльков. Нейрофизиологические эксперименты позволили выявить группы визуальных нейронов, расположенных в различных областях, таких как оптический мозг, центральный комплекс и латеральные придаточные доли, которые отвечают на повороты звездного поля. Эти нейроны проявляют максимальную активность при определённом направлении, что напрямую коррелирует с направлением полёта мотылька. Особенно интересно то, что большинство из этих нейронов активируются при движении насекомого в южном направлении, указывая на специализированную нейронную систему, обеспечивающую стабильную ориентацию в конкретном географическом направлении вне зависимости от сезона.
Механизм обработки визуальной информации включает выявление особенностей Млечного Пути, в том числе концентрированных областей ярких звезд, например, вокруг созвездия Киля с его знаменитой туманностью Киля. Нейроны реагируют как на общую форму полосы Млечного Пути, так и на отдельные яркие объекты, что позволяет сочетать общие и локальные ориентиры, повышая точность навигации. Это изящное сочетание сенсорных сигналов напоминает навигационные способности птиц и млекопитающих, известных своим умением использовать звёзды для ориентации, что свидетельствует о конвергентной эволюции сложных навигационных систем среди разных кластеров животных. Помимо звездного компаса, мотыльки регулярно пользуются магнитным компасом, особенно в ситуации, когда облака или другие природные условия преграждают обзор ночного неба. Исследования показали, что в полностью пасмурные ночи насекомые всё ещё могут удерживать наследуемое направление миграции, используя магнитные поля, подтверждая наличие двух комплементарных систем навигации.
Когда же отсутствуют оба этих ориентира, мотыльки теряются и теряют направленность, что подчёркивает важность именно этих двух навигационных систем. Особое внимание стоит уделить тому, как мотыльки компенсируют движения звезд и луны в течение ночи, учитывая вращение Земли. Для сохранения постоянного курса им необходимы либо внутренние механизмы часовой компенсации, подобные тем, что известны у дневных бабочек-монархов, либо использование положения центральной точки вращения звёздного неба вокруг Южного Небесного Полюса. Такой подход позволяет мотылькам корректировать свой звездный компас и избегать ошибок, связанных с изменениями в расположении светил, что жизненно важно для сохранения верного направления долгой миграции. Миграция мотыльков Богонга не является единственным природным примером ночного звездного ориентирования.
Известно, что некоторые птицы используют созвездия и центр звездного вращения как компасы. Однако мотыльки демонстрируют уникальное сочетание использования звезд и магнитных полей с достаточно сложной нейронной обработкой, что становится настоящим прорывом в изучении навигации насекомых. Исследования мотыльков Богонга также помогают понять общее устройство навигационных систем у ночных животных и открывают новые перспективы для биомиметических разработок. Понимание их механизмов навигации может оказать влияние на развитие автономных систем ориентирования для роботов и дронов, которые могли бы использовать комбинацию магнитных и звездных данных в условиях отсутствия GPS-сигналов. Помимо профориентационной функции, миграция мотыльков имеет значимую экологическую роль.
Их массовые перелёты и последующая эстивация в альпийских пещерах влияют на локальные экосистемы и биоразнообразие. Знание о том, как они ориентируются, может помочь в охране и управлении средой обитания, особенно в свете глобальных климатических изменений и антропогенного влияния на Австралийские Альпы. Современные методы исследования, такие как модифицированные летные симуляторы, внутриэлектрофизиологические записи, а также технологии проекции реалистичных изображений ночного неба для мотыльков, значительно расширили наши знания о способности насекомых ориентироваться. Подобные лабораторные установки позволили получать точные данные о поведении мотыльков при контролируемых изменениях визуальных и магнитных стимулов и выделять ключевые параметры ориентирования. Перспективы дальнейших исследований включают более глубокий анализ взаимодействия магнитных и звездных систем в мозге насекомых, выяснение роли циркадных ритмов в навигационных процессах, а также изучение влияния изменяющихся условий окружающей среды на эффективность навигации.
Кроме того, интерес представляет возможность существования у мотыльков других, еще не открытых сенсорных систем, которые бы поддерживали навигацию на сверхдальних дистанциях. В итоге, открытие звездного компаса у мотыльков Богонга стало важнейшим достижением в науке о животной навигации. Это яркий пример того, как эволюция создала удивительно точные и сложные адаптации даже у самых мелких и простых существ для решения глобальных задач выживания, таких как долгосрочный миграционный путь в темноте ночи. Познание таких механизмов не только расширяет горизонты науки, но и вдохновляет на развитие технологий, черпающих идеи из природы.
