Каждую осень бабочки-монархи по всей Канаде и США поворачивают свои красочные крылья к Рио-Гранде и мигрируют более чем на 2,000 миль в относительную теплоту центральной Мексики.

Путешествие, повторяемое инстинктивно поколениями монархов, продолжается даже по мере того, как их число резко упало из-за потери единственного личиночного источника пищи - молочницы. Теперь ученые считают, что они взломали секрет внутренних, генетически закодированных монахов-компасов, чтобы определить направление на юго-запад, куда они должны лететь каждую осень.

«Их компас объединяет две части информации - время суток и положение солнца на горизонте - чтобы найти южное направление, - говорит Эли Шлизерман, доцент Вашингтонского университета, который имеет совместные назначения в прикладной математике и электротехнические отделы.

Хотя характер способности бабочки монарха интегрировать время суток и местоположение солнца в небе известны из предыдущих исследований, ученые никогда не понимали, как мозг монарха получает и обрабатывает эту информацию. Для исследования исследователи хотели компас монарха организован в его мозгу.

«Мы хотели понять, как монарх обрабатывает эти различные типы информации, чтобы обеспечить это постоянное поведение, летящее на юго-запад каждую осень», - говорит Шлизерман.

Монархи используют свои большие, сложные глаза для наблюдения за положением солнца в небе. Но положение солнца недостаточно для определения направления. Каждая бабочка должна также объединять эту информацию со временем дня, чтобы знать, куда идти. К счастью, как и большинство животных, включая людей, монархи обладают внутренними часами, основанными на ритмическом выражении ключевых генов.

Эти часы поддерживают повседневную картину физиологии и поведения. В бабочке монарха часы сосредоточены в антеннах, и ее информация распространяется через нейроны в мозг.

Биологи ранее изучали ритмические узоры в монарх-антеннах, которые контролировали внутренние часы, а также то, как их сложные глаза расшифровывают положение солнца в небе. Для исследования, опубликованного в журнале Cell Reports, исследователи записывали сигналы от антенн нервов у монархов, поскольку они передавали информацию о часах в мозг, а также световую информацию из глаз.

Самый короткий маршрут не самый лучший

«Мы создали модель, которая включала эту информацию - как антенны и глаза посылают эту информацию в мозг», - говорит Шлизерман. «Наша цель состояла в том, чтобы смоделировать, какой тип механизма контроля будет работать в мозгу, а затем спросил, может ли наша модель гарантировать устойчивую навигацию в юго-западном направлении».

В их модели два нервных механизма - один ингибирующий и один управляемый возбуждением сигналы от генов часов в антеннах. У их модели была подобная система, чтобы различать положение солнца, основанное на сигналах от глаз. Баланс между этими механизмами контроля помог мозгу монарха расшифровать, какое направление было юго-западным.

Основываясь на их модели, также представляется, что при внесении корректировок курса монархи не просто берут кратчайший путь, чтобы вернуться на маршрут. Их модель включает в себя уникальную особенность - точку разделения, которая будет контролировать, поворачивал ли монарх вправо или влево, чтобы возглавить в юго-западном направлении.

«Расположение этой точки в поле зрения бабочки монарха меняется в течение дня», - говорит Шлизерман. «И наша модель предсказывает, что монарх не будет переходить этот момент, когда он исправляет курс, чтобы вернуться на юго-запад».

Основываясь на их симуляциях, если монарх выходит из курса из-за порыва ветра или объекта на своем пути, он превратится в то, какое направление не потребует от него пересечения точки разделения.

Дополнительные исследования должны были бы подтвердить, соответствует ли модель исследователей анатомии, физиологии и поведению мозга монарха-бабочки. До сих пор аспекты их модели, такие как точка разделения, соответствовали наблюдаемому поведению.

«В экспериментах с монархами в разное время суток вы видите случаи, когда их повороты в исправлениях курса необычайно длинны, медленны или извилисты», - говорит Шлизерман. «Это могут быть случаи, когда они не могут сделать более короткий поворот, потому что это потребует пересечения точки разделения».

Их модель также предлагает простое объяснение, почему бабочки-монархи способны отменить курс весной и возглавить северо-восток обратно в Соединенные Штаты и Канаду. Четыре нейронных механизма, которые передают информацию о часах и положении солнца, просто должны были бы обратить вспять направление.

«И когда это произойдет, их компас указывает на северо-восток, а не на юго-запад», - говорит Шлизерман. «Это простая, надежная система, объясняющая, как эти поколения бабочек после поколения делают эту замечательную миграцию».

Дэниел Форджер из Университета Мичигана и Джеймс Филлипс-Портильо из Массачусетского университета являются соавторами исследования, которое финансировалось Национальным научным фондом и Вашингтонским фондом исследований.

Источник: Университет Вашингтона

{youtube}8Y073TkHVf0{/youtube}

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon