Австралийской осенью и зимой бабочки вида Agrotis infusa обитают в южной и западной частях Австралии, где размножаются и проходят стадию гусеницы. Когда наступает весна и температура поднимается до 25 градусов Цельсия, Agrotis infusa, уже достигшие последней, четвертой стадии имаго, покидают свои места и отправляются в прохладные пещеры в австралийских Альпах. Там они впадают в длительную спячку, а в начале осени возвращаются обратно к местам размножения, где затем умирают.
Чтобы добраться до прохладных регионов, бабочкам требуется преодолеть более тысячи километров. Учитывая, что срок их жизни невелик, каждый представитель Agrotis infusa бывает в пещерах всего раз. Международная команда биологов под руководством Андреа Адден (Andrea Adden) из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне попыталась выяснить, как именно представители этого вида находят дорогу к пещерам. Результаты исследования ученые представили в статье, опубликованной в журнале Nature.
Авторы предыдущих исследований доказали: чтобы не сбиться с курса, бабочки используют магнитное поле Земли. Однако известно, что животные редко пользуются лишь одним ориентиром, поэтому у Agrotis infusa должны быть дополнительные механизмы навигации.
«Если вы ночью пойдете в австралийский буш, где живут эти бабочки, и посмотрите вокруг, то заметите, что один из самых ярких визуальных ориентиров — Млечный Путь. Мы знаем, что насекомые, которые мигрируют при дневном свете, используют ориентацию по Солнцу. Поэтому звездное небо для Agrotis infusa казалось очевидным решением. Но это нужно было доказать», — пояснила Адден.
Ученые поймали несколько бабочек во время миграции с помощью световых ловушек и отнесли в лабораторию. Там насекомых поместили в большие «коробки» из оргстекла, привязали специальной нитью, а на экран над ними проецировали изображение ночного неба. То есть исследователи создали своего рода «симулятор полета», чтобы отслеживать направление движения бабочек. Хотя Agrotis infusa привязали нитью, она не мешала им выбирать направление полета на основе изображения неба. Чтобы «заглушить» магнитное поле Земли, использовали катушки Гельмгольца.
Как выяснилось, при естественном расположении звезд бабочки ориентировались строго на юг — там, где расположены пещеры. При повороте звездного неба на 180 градусов (между австралийской весной и осенью звездное небо «сдвигается» на 180 градусов) насекомые летели обратно на север — к родным местам размножения. Если же ученые проецировали звезды на экран случайным образом, бабочки сбивались с курса.
Когда биологи «включали» магнитное поле Земли и закрывали звезды «облаками», насекомые выбирали правильное направление движения. Такая система двойного внутреннего компаса обеспечивает надежную навигацию даже в изменчивых условиях.
По словам авторов научной работы, поведение доказывает, что бабочки не просто летят на самый яркий свет или следуют каким-то простым визуальным сигналам, а считывают определенные узоры на ночном небе, чтобы определить географическое направление. Также делают перелетные птицы.
Команда Адден попыталась выявить специфические механизмы в мозге насекомых, отвечающие за ориентацию по звездному небу. Для этого ученые встроили тонкие электроды в их мозг. Это позволило обнаружить изменения в нервной активности бабочек при повороте проецируемого изображения неба.
Исследователи выделили группу нейронов, у которых пиковая электрическая активность совпадает с определенным углом поворота неба. То есть эти клетки реагировали больше всего, когда бабочка ориентирована на юг — туда, где австралийские Альпы.
Иными словами, мозг Agrotis infusa кодирует информацию о небесных телах достаточно непростым способом. Это пример сложных навигационных способностей, заключенных в крошечном мозге насекомого.
Отметим, что Agrotis infusa не единственное насекомое, которое использует звездное небо для навигации. Другой пример — африканский жук из рода скарабеи Scarabaeus satyrus. Эти жуки прокладывают путь в ночное время с помощью яркого свечения от Млечного Пути, но только на короткие дистанции. Agrotis infusa — первое известное беспозвоночное, способное использовать звезды в качестве компаса для дальних перелетов к местам, где представители этого вида никогда раньше не бывали. Известно, что только люди и некоторые виды ночных перелетных птиц обладают такой способностью.