Forskere siger, at de har knækket hemmelighederne i monark sommerfuglens interne kompas.
Foto: Monarch Watch
Hvert år vandrer monark sommerfugle over Canada og USA mere end 2.000 miles (3.220 km) til den relative varme i det centrale Mexico og derefter tilbage nordpå i foråret.
Rejsen, gentaget instinktivt af generationer af monarker, fortsætter, selv når deres antal er faldet på grund af tab af deres eneste larvefødevarekilde - mælkeve. Nu tror forskere, at de har knækket hemmeligheden bag de interne, genetisk kodede kompasmonarker, der bruger til at bestemme den sydvestlige retning, de skal flyve hvert fald. Deres undersøgelse blev offentliggjort i tidsskriftet Cellrapporter den 14. april 2016.
Forsker Eli Shlizerman er adjunkt ved University of Washington. Han sagde i en erklæring:
Deres kompas integrerer to oplysninger - tidspunktet på dagen og solens position i horisonten - for at finde den sydlige retning.
Foto: Wikimedia
Mens arten af monark sommerfuglens evne til at integrere tidspunktet på dagen og solens placering på himlen er kendt fra tidligere forskning, har forskere aldrig forstået, hvordan monarkens hjerne modtager og behandler denne information. Til undersøgelsen ønskede forskere at modellere, hvordan monarkens kompas er organiseret i dens hjerne.
Monarker bruger deres store, komplekse øjne til at overvåge solens position på himlen. Men solens position er ikke tilstrækkelig til at bestemme retning. Hver sommerfugl skal også kombinere disse oplysninger med tidspunktet på dagen for at vide, hvor de skal hen. Som de fleste dyr - inklusive mennesker - har heldigvis monarker et internt ur baseret på det rytmiske udtryk for nøglegener.
Dette ur opretholder et dagligt mønster af fysiologi og adfærd. I monark sommerfuglen er uret centreret i antennerne, og dets information rejser via neuroner til hjernen.
Biologer har tidligere undersøgt de rytmiske mønstre i monarkantenner, der kontrollerer det indre ur, samt hvordan deres sammensatte øjne dechiffrer solens position på himlen. Til undersøgelsen registrerede forskere signaler fra antennenerver i monarker, da de transmitterede urinformation til hjernen samt lysinformation fra øjnene. Shlizerman sagde:
Vi skabte en model, der inkorporerede denne information - hvordan antennerne og ser disse oplysninger til hjernen. Vores mål var at modellere, hvilken type kontrolmekanisme der ville være på arbejde i hjernen, og derefter spurgte, om vores model kunne garantere vedvarende navigation i sydvestretningen.
Forskere modellerede, hvordan monarkhjernen integrerer tiden på dagen med solens position på himlen. Billede: Eli Shlizerman
I deres model styrede to neurale mekanismer - en hæmmende og en stimulerende - signaler fra urgener i antennerne. Deres model havde et lignende system på plads for at skelne solens position baseret på signaler fra øjnene. Balancen mellem disse kontrolmekanismer ville hjælpe monarkens hjerne med at dechifrere hvilken retning sydvest.
Baseret på deres model ser det også ud til, at monarker ikke foretager den korteste drejning, når man foretager kurskorrektioner. Deres model inkluderer en unik funktion - en såkaldt adskillelsespunkt det ville kontrollere, om monarken vendte til højre eller venstre for at gå i retning sydvest. Shlizerman sagde:
Placeringen af dette punkt i monark sommerfuglens visuelle felt ændres hele dagen. Og vores model forudsiger, at monarken ikke vil krydse dette punkt, når den foretager en kurskorrektion for at gå tilbage sydvest.
Baseret på deres simuleringer, hvis en monark går af banen på grund af et vindpust eller objekt i sin vej, vil den dreje den retning, der ikke kræver, at den krydser adskillelsespunktet. Shlizerman sagde:
I eksperimenter med monarker på forskellige tidspunkter af dagen ser du lejlighedsvis, hvor deres sving i kursus-korrektioner er usædvanligt lange, langsomme eller bølgende, ”” Dette kan være tilfælde, hvor de ikke kan gøre en kortere sving, fordi det ville kræve krydsning adskillelsespunktet.
Deres model antyder også en enkel forklaring på, hvorfor monark sommerfugle er i stand til at vende kurs i foråret og gå nordøstligt tilbage til De Forenede Stater og Canada. De fire neurale mekanismer, der transmitterer information om uret og solens position, ville simpelthen være nødt til at vende retning.