Hvert høst vender monarksommerfugler over Canada og USA sine fargerike vinger mot Rio Grande og vandrer mer enn 2,000 miles til den relative varmen i det sentrale Mexico.

Reisen, gjentatt instinktivt av generasjoner av monarker, fortsetter selv som deres tall har gått ned på grunn av tap av deres eneste larvalmatskilde-melkvev. Nå tror forskere at de har sprakket hemmeligheten til de interne, genetisk kodede kompassmonarkene som brukes til å bestemme sørvestretningen de burde fly hver høst.

"Kompasset deres integrerer to deler av informasjonen - tiden på dagen og solens stilling i horisonten - for å finne den sørlige retningen," sier Eli Shlizerman, assisterende professor ved University of Washington, som har felles avtaler i anvendt matematikk og elektroteknikk avdelinger.

Mens naturen til monarkfjærfuglens evne til å integrere tidspunktet på dagen og solens beliggenhet på himmelen er kjent fra tidligere forskning, har forskere aldri forstått hvordan monarkens hjerne mottar og behandler denne informasjonen. For studien ønsket forskerne å modellere hvordan monarkens kompass er organisert i hjernen.

"Vi ønsket å forstå hvordan monarken behandler disse ulike typer informasjon for å gi denne konstante oppførelsen flygende sørvest hvert fall," sier Shlizerman.

Monarker bruker sine store, komplekse øyne for å overvåke solens posisjon i himmelen. Men solens posisjon er ikke tilstrekkelig til å bestemme retning. Hver sommerfugl må også kombinere den informasjonen med tiden på dagen for å vite hvor du skal dra. Heldigvis, som de fleste dyr, inkludert mennesker, har monarker en intern klokke basert på det rytmiske uttrykket av nøkkelgener.

Denne klokken opprettholder et daglig mønster av fysiologi og oppførsel. I monarkfjæren er klokken sentrert i antennene, og dens informasjon beveger seg via nevroner til hjernen.

Biologer har tidligere studert rytmiske mønstre i monarkantenner som styrer den indre klokken, samt hvordan deres sammensatte øyne dechifiserer solens posisjon i himmelen. For studien, publisert i tidsskriftet Rapporter Cell, registrerte forskere signaler fra antenne nerver i monarker som de overførte klokkeinformasjon til hjernen, samt lett informasjon fra øynene.

Korteste ruten er ikke den beste

"Vi opprettet en modell som innlemmet denne informasjonen - hvordan antennene og øynene sender denne informasjonen til hjernen," sier Shlizerman. "Vårt mål var å modellere hvilken type kontrollmekanisme som ville være på jobb i hjernen, og spurte om modellen vår kunne garantere vedvarende navigasjon i sørvestretningen."

I deres modell, to nevrale mekanismer-en hemmende og en excitatorisk kontrollert signaler fra klokgener i antennene. Deres modell hadde et lignende system på plass for å skille solens posisjon basert på signaler fra øynene. Balansen mellom disse kontrollmekanismene vil hjelpe monark hjernen dechiffrere hvilken retning som var sørvest.

Basert på deres modell, ser det ut til at når man gjør kursrettelser, gjør monarker ikke bare den korteste svingen for å komme seg tilbake på ruten. Modellen deres inneholder et unikt trekk - et separasjonspunkt som vil kontrollere om monarken svingte til høyre eller venstre til hodet i sørvestretningen.

"Plasseringen av dette punktet i monarkfjærens visuelle felt endrer seg gjennom dagen," sier Shlizerman. "Og vår modell forutser at monarken ikke vil krysse dette punktet når det gjør en kurskorreksjon for å gå tilbake sørvest."

Basert på deres simuleringer, hvis en monark kommer selvfølgelig på grunn av vindstød eller gjenstand i sin vei, vil den vende hvilken retning det ikke vil kreve at det krysser separasjonspunktet.

Ytterligere studier vil trenge å bekrefte om forskernes modell er i overensstemmelse med monarkfjærils hjerneanatomi, fysiologi og oppførsel. Hittil synes aspekter av modellen, som separasjonspunktet, i samsvar med observerte atferd.

"I eksperimenter med monarker på forskjellige tidspunkter av dagen ser du anledninger hvor deres sving i kursrettelser er uvanlig lang, sakte eller kronisk," sier Shlizerman. "Disse kan være tilfeller der de ikke kan gjøre en kortere sving fordi det ville kreve å krysse separasjonspunktet."

Deres modell foreslår også en enkel forklaring på hvorfor monark sommerfugler kan reversere kurs om våren og hodet nordøst til USA og Canada. De fire nevrale mekanismene som overfører informasjon om klokken og solens stilling, vil ganske enkelt måtte reversere retningen.

"Og når det skjer, peker kompasset nordøst i stedet for sørvest," sier Shlizerman. "Det er et enkelt, robust system for å forklare hvordan disse sommerfuglgenerasjonene etter generasjon gjør denne bemerkelsesverdige migrasjonen."

Daniel Forger ved University of Michigan og James Phillips-Portillo ved University of Massachusetts er medforfattere av studien, som ble finansiert av National Science Foundation og Washington Research Fund.

kilde: University of Washington

{youtube}8Y073TkHVf0{/youtube}

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon