Перелётные мотыльки умеют читать по звёздам

Даже имея мозг размером меньше рисового зёрнышка, мотыльки-богонги являются искусными навигаторами.

Представьте, что вам нужно преодолеть более 1000 километров от единственного дома, который вы когда-либо знали, до горного хребта, где вы никогда не были. Ночь, полная темнота, и у вас нет ни карты, ни GPS, ни компаса, ни секстана. Смогли бы вы добраться?

Если бы вы были мотыльком-богонгом (Agrotis infusa), это эпическое путешествие было бы обычной частью вашего жизненного цикла. Более того, вы проделали бы его дважды за один год. Эти находящиеся под угрозой исчезновения, невзрачные, бежевые ночные насекомые пересекают юго-восточный угол Австралии, перелетая из внутренних районов страны к пещерам в Австралийских Альпах, недалеко от побережья, где они укрываются от летней жары. Во время весенней миграции недавно вылупившиеся и созревшие мотыльки перемещаются с мест размножения, где родились, в далекие незнакомые пещеры. Осенью, после месяцев спячки, проведенных скоплениями на стенах пещер, они возвращаются обратно.

Несмотря на мозг размером меньше рисового зернышка и такие же крошечные глаза, они умудряются массово попадать в нужные географические точки. Новое исследование проливает свет на то, как им это удается. Согласно исследованию, опубликованному 18 июня в журнале Nature, мотыльки-богонги следуют за звездами, используя ночное небо как навигационный инструмент. В дополнение к ориентации по магнитному полю Земли, как и многие мигрирующие виды, звезды служат для насекомых запасным «звездным компасом», освещающим путь.

Известно, что птицы и люди ориентируются по звездам. Исследование 2024 года даже показало, что навозные жуки используют Млечный Путь, чтобы двигаться по прямой на коротких дистанциях. Но новые данные — это первый случай, когда доказано, что беспозвоночное использует небо для навигации на дальние расстояния, говорит Кеннет Ломанн, биолог из Университета Северной Каролины, не участвовавший в этом исследовании. Ломанн изучает океанских мигрантов, таких как морские черепахи и лосось, и также опубликовал аналитическую статью, сопровождающую новое исследование. «Это исследование мне так понравилось, что я предложил написать к нему комментарий, — рассказывает он Popular Science. — Меня поразило, что насекомое с крошечным мозгом способно на такие удивительные навигационные задачи... Результаты убедительно показывают, что мотыльки наследуют способность ориентироваться по звездам».

Для человека путешествие мотылька было бы «эквивалентно двум кругосветным плаваниям Земли без каких-либо инструментов, кроме собственных чувств», — говорит Эрик Варрант, соавтор исследования и нейробиолог из Лундского университета в Швеции. Тот факт, что мотыльки могут так точно перемещаться, «вызывает у меня благоговение», — отмечает он.

Новая работа основана на исследовании 2018 года, где Варрант и многие из тех же коллег обнаружили, что мотыльки полагаются на магнитное поле Земли в сочетании с каким-то неизвестным визуальным сигналом. Теперь мы знаем, что это за сигнал: звезды.

Чтобы понять значение неба для навигации мотыльков, команда начала с того, что сбрила небольшой участок волосков на грудке десятков пойманных насекомых — между крыльями. «Нужно удалить чешуйки, потому что мотыльки очень пушистые», — говорит Дэвид Драйер, ведущий автор исследования и также нейробиолог из Лундского университета. Затем Драйер и его команда приклеили вольфрамовые проволочки и привязали каждого мотылька (по одному за раз) к небольшой установке, которая регистрировала направление и интенсивность попыток полета пять раз в секунду.

В первом контрольном эксперименте они собрали мигрирующих мотыльков возле пещеры осенью и поместили каждого привязанного мотылька в прозрачный пластиковый контейнер на вершине холма, с ночным небом в полном обзоре и доступом к магнитному полю Земли. Как и ожидалось, мотыльки направляли свой полет на север-северо-запад — в сторону мест размножения, даже будучи неестественно закрепленными под установкой.

В последующих экспериментах, повторенных весной и осенью, они перенесли симулятор полета в помещение, в лабораторию, специально оборудованную устройством для блокировки магнитных полей. Там команда подвергла испытаниям более 100 мотыльков. Сначала они зафиксировали направления полета мигрирующих мотыльков без магнитного ориентира и без визуальной стимуляции, под черным войлочным тентом. Мотыльки были полностью дезориентированы и летели в случайных направлениях.

Затем они превратили войлочный тент в подобие миниатюрного планетария для мотыльков. Ученые добавили проекционный экран сверху и показали реалистичную версию того, как выглядело бы безлунное ночное небо снаружи во время эксперимента. Когда мотылькам давали небо, но по-прежнему лишали магнитной информации, они в подавляющем большинстве летели в правильном миграционном направлении в соответствии с сезоном: на север-северо-запад осенью и на юг весной. Если проекция неба поворачивалась, мотыльки меняли траекторию. «Мотылек за мотыльком, которых мы помещали под небо, когда знали, что нет других сигналов, которые они могли бы использовать... летели устойчиво в том направлении, в котором им нужно было лететь в это время года, чтобы достичь цели, — говорит Варрант. — Это было просто поразительно».

Конечно, были исключения. Некоторые мотыльки, казалось, были «полностью напуганы» всей установкой, объясняет Варрант. Но средняя траектория всех полетов насекомых была значительно выровнена с теоретическим миграционным путем.

В дополнительных тестах мотылькам показывали проекцию случайных, перемешанных звезд, не соответствующих реальному небу. Они снова дезориентировались, что подтвердило гипотезу о том, что космос дает ключевой визуальный сигнал.

Наконец, настало время для нейрохирургии насекомых. Исследователи ввели чрезвычайно тонкие стеклянные и серебряные проволочные электроды в нейроны в трех областях мозга 28 различных мотыльков. «Это как вжать тонкую булавку в руку», — говорит Варрант о том, чтобы привести невероятно маленький электрод в контакт с аксоном одного нейрона мотылька.

Сначала команда удерживала мотыльков, показывая им проекцию неба, и регистрировала последующую нейронную активность. Когда небо указывало, что мотыльки сориентированы в правильном миграционном направлении, электрическая активность в нейронных областях, связанных со зрением, навигацией и управлением, достигала пика. В другой симуляции мотылькам показывали искусственный сигнал, призванный имитировать форму яркой полосы Млечного Пути, видимой из Южного полушария. Этого сигнала, по-видимому, было достаточно, чтобы стимулировать аналогичную реакцию мозга.

«Эксперименты были тщательно контролируемыми и хорошо продуманными, — говорит Ломанн. — Я считаю, что они дали очень четкие результаты», — добавляет он, — что звезды достаточны, чтобы помочь мотылькам-богонгам ориентироваться во время миграции.

Большинство мигрирующих животных, по-видимому, полагаются на несколько сенсорных сигналов, чтобы помогать себе в путешествиях, отмечает Ломанн. «Для животных очень распространено иметь более одного способа сохранять постоянное направление», — говорит он. Например, морские черепахи, которых он изучает, используют магнитные поля Земли, а также направление волн и, возможно, солнце.

Мотыльки не исключение. Когда вы совершаете рискованные дальние путешествия, наличие запасной GPS-системы имеет смысл. Облака могут закрыть небо, в то время как солнечные бури и земные аномалии (например, крупные залежи железа) могут искажать магнитное поле планеты.

«Отличная идея — иметь запасной компас на случай, если основной по какой-то причине выйдет из строя, — говорит Варрант. — Природа гораздо умнее нас, поэтому развитие двух таких компасов делает всё гораздо надежнее».

Однако даже с двумя компасами остаются путаница и вопросы. Неясно, как навигационные нейронные цепи работают вместе, является ли один тип сигналов более важным, чем другой, и как относительно простое животное может расшифровывать сложные визуальные стимулы. Варрант и Драйер надеются выяснить больше ответов в последующих исследованиях.

Будем надеяться, что мотыльки просуществуют достаточно долго, чтобы мы смогли разгадать их небесные секреты. Этот вид был внесен в список находящихся под угрозой исчезновения в 2021 году после того, как его популяция сократилась на 99,5 процента из-за сильной засухи.

Lauren Leffer “Migrating moths can read the stars”

Перевод статьи «Migrating moths can read the stars» автора Lauren Leffer, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык