Joka syksy hallitsijaperhoset Kanadassa ja Yhdysvalloissa kääntävät värikkäät siipensä kohti Rio Grandea ja muuttavat yli 2,000 mailia Keski-Meksikon suhteelliseen lämpöön.

Monarchien sukupolvien instinktiivisesti toistama matka jatkuu, vaikka niiden lukumäärä on laskenut ainoan toukkien ruokalähteen menetyksen vuoksi - milkweed. Nyt tiedemiehet ajattelevat, että he ovat murtuneet sisäisten, geneettisesti koodattujen kompassimonistien salaisuuteen, jotta he voisivat määrittää lounaaseen suunnan, jonka heidän pitäisi lentää kukin lasku.

”Heidän kompassinsa yhdistää kaksi tietoa - kellonaika ja auringonpaikka horisontissa - etsiä eteläsuunta”, sanoo Washingtonin yliopiston apulaisprofessori Eli Shlizerman, jolla on yhteisiä nimityksiä sovelletussa matematiikassa ja sähkötekniikan osastot.

Vaikka hallitsijan perhonen kyky integroida kellonaika ja auringonpaiste taivaassa tunnetaan aikaisemmasta tutkimuksesta, tiedemiehet eivät ole koskaan ymmärtäneet, miten hallitsijan aivot saavat ja käsittelevät näitä tietoja. Tutkimuksessa tutkijat halusivat mallintaa miten hallitsijan kompassi on järjestetty sen aivoihin.

”Halusimme ymmärtää, kuinka monarkki käsittelee näitä erilaisia ​​tietoja, jotta tämä vakituinen käyttäytyminen - joka lentää lounaaseen joka syksyllä”, Shlizerman sanoo.

Monarkit käyttävät suuria, monimutkaisia ​​silmänsä seuraamaan auringon asemaa taivaalla. Mutta auringon asento ei riitä määrittämään suuntaa. Jokaisen perhonen on myös yhdistettävä nämä tiedot vuorokauden tuntemaan, minne mennä. Onneksi, kuten useimmat eläimet mukaan lukien ihmiset, hallitsijoilla on sisäinen kello, joka perustuu keskeisten geenien rytmiseen ilmaisuun.

Tämä kello ylläpitää päivittäistä fysiologiaa ja käyttäytymistä. Monarch perhonen, kello on keskitetty antennit, ja sen tiedot kulkevat neuronien kautta aivoihin.

Biologit ovat aiemmin tutkineet rytmisiä kuvioita monarktiantenneissa, jotka ohjaavat sisäistä kelloa, sekä sitä, miten niiden yhdistävät silmät purkaavat auringon asemaa taivaalla. Julkaisussa julkaistu tutkimus Cell Reportstutkijat tallensivat antennien hermoja hallitsijoissa, koska ne välittivät kellotietoja aivoihin sekä kevyitä tietoja silmistä.

Lyhin reitti ei ole paras

"Olemme luoneet mallin, joka sisälsi nämä tiedot - miten antennit ja silmät lähettävät nämä tiedot aivoihin", Shlizerman sanoo. ”Tavoitteenamme oli suunnitella, millaista valvontamekanismia aivoissa työskentelee, ja kysyi sitten, voisimmeko mallimme taata jatkuvan navigoinnin lounaaseen.”

Mallissaan kaksi hermomekanismia - yksi estävä ja yksi ärsyttävä - ohjaa signaaleja kellon geeneistä antennissa. Niiden mallissa oli samanlainen järjestelmä, joka havaitsi auringon asennon silmien antamien signaalien perusteella. Näiden ohjausmekanismien välinen tasapaino auttaisi hallitsijaa aivojen purkaa, mikä suunta oli lounaaseen.

Mallinsa perusteella näyttää myös siltä, ​​että kurssikorjauksia tehdessään hallitsijat eivät yksinkertaisesti ota lyhyintä käännöstä palataksesi reitille. Niiden malli sisältää ainutlaatuisen ominaisuuden - erottelupisteen, joka ohjaisi, onko hallitsija kääntynyt oikealle tai vasemmalle lounaaseen päin.

”Tämän pisteen sijainti hallitsijan perhonen visuaalisen kentän muuttuessa koko päivän”, Shlizerman sanoo. ”Ja mallimme ennustaa, että hallitsija ei ylitä tätä kohtaa, kun se tekee kurssin korjauksen suunnata takaisin lounaaseen.”

Simulaatioidensa perusteella, jos hallitsija pääsee pois kurssista tuulen tai kohteen polun takia, se kääntyy mihin suuntaan ei vaadi sitä ylittämään erotuspistettä.

Lisätutkimuksissa olisi vahvistettava, onko tutkijoiden malli sopusoinnussa hallitsijaperhonen aivojen anatomian, fysiologian ja käyttäytymisen kanssa. Toistaiseksi niiden mallin näkökohdat, kuten erottelupiste, näyttävät olevan yhdenmukaisia ​​havaitun käyttäytymisen kanssa.

”Monarkeilla tehdyissä kokeissa eri vuorokaudenaikana näet tapauksia, joissa heidän vuoronsa kurssikorjauksissa ovat epätavallisen pitkiä, hitaita tai mutkittelevia”, Shlizerman sanoo. "Nämä voivat olla tapauksia, joissa he eivät voi tehdä lyhyempää käännöstä, koska se edellyttäisi erottelupisteen ylittämistä."

Niiden malli viittaa myös yksinkertaiseen selitykseen, miksi hallitsijaperhoset pystyvät kääntämään kurssin keväällä ja suuntaamaan koilliseen takaisin Yhdysvaltoihin ja Kanadaan. Neljä hermomekanismia, jotka välittävät informaatiota kellosta ja auringon asennosta, tarvitsevat vain kääntää suuntaa.

”Ja kun näin tapahtuu, niiden kompassi osoittaa koilliseen lounaaseen,” sanoo Shlizerman. "Se on yksinkertainen ja kestävä järjestelmä, jolla selitetään, miten nämä perhoset - sukupolven sukupolven jälkeen - tekevät tästä merkittävästä muuttoliikkeestä."

Daniel Forger Michiganin yliopistossa ja James Phillips-Portillo Massachusettsin yliopistossa ovat tutkimuksen tekijöitä, jotka rahoitti National Science Foundation ja Washington Research Fund.

Lähde: Washingtonin yliopisto

{youtube}8Y073TkHVf0{/youtube}

Liittyvät kirjat

at InnerSelf Market ja Amazon