Щороку восени метелики -монархи по всій Канаді та Сполучених Штатах повертають свої барвисті крила до Ріо -Гранде і мігрують понад 2,000 миль до відносної теплоти центральної Мексики.

Подорож, інстинктивно повторена поколіннями монархів, триває, навіть якщо їхня кількість скоротилася через втрату єдиного личиночного джерела їжі - молочаю. Тепер вчені вважають, що вони розкрили таємницю внутрішнього генетично закодованого компасу, який монархи використовують для визначення напрямку на південний захід, куди вони повинні літати кожної осені.

"Їх компас об'єднує дві частини інформації - час доби та положення Сонця на горизонті - для пошуку південного напрямку", - каже Елі Шлізерман, доцент Вашингтонського університету, який має спільні призначення з прикладної математики та кафедри електротехніки.

Хоча природа здатності метелика монарха інтегрувати час доби та розташування Сонця на небі відома з попередніх досліджень, вчені ніколи не розуміли, як мозок монарха отримує та обробляє цю інформацію. Для дослідження дослідники хотіли змоделювати, як компас монарха організовано в його мозку.

"Ми хотіли зрозуміти, як монарх обробляє ці різні типи інформації, щоб отримати таку постійну поведінку - кожну осінь летить на південний захід", - каже Шлізерман.

Монархи використовують свої великі складні очі, щоб стежити за положенням Сонця на небі. Але положення Сонця недостатньо для визначення напрямку. Кожен метелик також повинен поєднувати цю інформацію з часом доби, щоб знати, куди йти. На щастя, як і більшість тварин, включаючи людей, монархи мають внутрішній годинник, заснований на ритмічній експресії ключових генів.

Цей годинник підтримує щоденну модель фізіології та поведінки. У метелика -монарха годинник зосереджений у вусиках, і його інформація надходить через нейрони до мозку.

Біологи раніше вивчали ритмічні закономірності в антенах монархів, які керують внутрішніми годинниками, а також те, як їх складні очі розшифровують положення Сонця на небі. Для дослідження, опублікованого в журналі Cell Reports, дослідники реєстрували сигнали від нервів вусиків у монархів, коли вони передавали годинникову інформацію до мозку, а також світлову інформацію з очей.

Найкоротший маршрут - не найкращий

"Ми створили модель, яка включала цю інформацію - як вусики та очі передають цю інформацію в мозок", - каже Шлізерман. "Нашою метою було моделювати, який тип механізму управління буде працювати в мозку, а потім запитати, чи може наша модель гарантувати стійку навігацію в напрямку південного заходу".

У їхній моделі два нейронних механізми - один гальмівний і один збуджуючий - контролювали сигнали від годинникових генів в антенах. Їх модель мала подібну систему для розпізнавання положення Сонця на основі сигналів від очей. Баланс між цими механізмами управління допоміг би мозку монарха розшифрувати напрямок на південний захід.

Виходячи з їх моделі, також виявляється, що під час виправлення курсу монархи не просто беруть найкоротший поворот, щоб повернутися на маршрут. Їх модель включає унікальну особливість - точку розділення, яка контролюватиме, чи повернеться монарх праворуч чи ліворуч у напрямку південного заходу.

"Розташування цієї точки в полі зору метелика -монарха змінюється протягом дня", - каже Шлізерман. "І наша модель передбачає, що монарх не перетне цю точку, коли зробить корекцію курсу, щоб повернутися назад на південний захід".

На підставі їх моделювання, якщо монарх зійде з курсу через порив вітру або об’єкт на своєму шляху, він повернеться в будь -якому напрямку, не вимагаючи від нього перетину точки розділення.

Необхідно провести додаткові дослідження, щоб підтвердити, чи модель дослідників узгоджується з анатомією, фізіологією та поведінкою мозку метелик -монарх. Поки що такі аспекти їх моделі, як точка розділення, здаються узгодженими із спостережуваною поведінкою.

"В експериментах з монархами в різний час доби ви бачите випадки, коли їх повороти в ході корекції є надзвичайно довгими, повільними або звивистими", - каже Шлізерман. "Це можуть бути випадки, коли вони не можуть зробити коротший поворот, тому що це вимагатиме перетину точки розділення".

Їх модель також пропонує просте пояснення, чому метелики -монархи можуть навесні змінити курс і повернутися на північний схід назад до Сполучених Штатів і Канади. Чотири нейронні механізми, які передають інформацію про годинник та положення Сонця, просто потребують зворотного напрямку.

"І коли це станеться, їх компас вказує на північний схід, а не на південний захід", - каже Шлізерман. "Це проста, надійна система, яка пояснює, як ці метелики - покоління за поколінням - здійснюють цю чудову міграцію".

Деніел Форджер з Мічиганського університету та Джеймс Філліпс-Портільо з Університету Массачусетса є співавторами дослідження, яке фінансувалося Національним науковим фондом та Вашингтонським науковим фондом.

джерело: Університет Вашингтона

{youtube}8Y073TkHVf0{/youtube}

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon