Биологи обнаружили магнитный компас в усиках перелетных бабочек-монархов

«Межконтинентальные» бабочки-монархи, ежегодно мигрирующие из Северной Америки в Центральную, используют для навигации не только солнце, но и магнитное поле Земли при помощи встроенного в их усики так называемого биокомпаса, выяснили биологи из США. По их данным, которые приводит журнал Nature Communications, это открытие может помочь найти клетки биокомпаса у рыб и птиц, скрывающихся от внимания ученых уже несколько десятилетий.

В последние годы биологи все чаще обнаруживают, что многие животные умеют ориентироваться в пространстве по самым разным чертам окружающего мира. Ни у кого нет сомнений, что перелетные птицы находят дорогу домой при помощи биокомпаса. Аналогичный орган присутствует в организме некоторых рыб и морских черепах. Многие насекомые выработали альтернативные способы ориентации на местности: к примеру, африканские жуки-скарабеи умеют определять свое положение по свету солнца днем и по сиянию Млечного Пути ночью при помощи сложного навигационного танца.

Несмотря на большое число примеров бионавигации и большое внимание к этому феномену, ученым пока не удается найти навигационные нейроны и другие клетки, способные распознавать магнитное поле, поляризацию света солнца и другие природные ориентиры. По этой причине они не могут дать определенный ответ на вопрос: обладает ли человек биокомпасом, и если да, то как он влияет на нашу жизнь.

Стивен Репперт из университета штата Массачусетс в Уорчестере (США) и его коллеги значительно приблизились к разгадке этого вопроса, обнаружив клетки магнитной навигации в усиках североамериканских бабочек-монархов (Danaus plexippus). Эти ярко-оранжевые крупные бабочки являются почти единственным «межконтинентальным» насекомым, которое регулярно совершает перелеты из Северной в Центральную Америку. Летом эти бабочки и их личинки обитают в умеренных и субтропических регионах США, а осенью и зимой мигрируют в южные пределы Мексики и других стран Центральной Америки. Известны случаи, когда монархи перелетали на другие континенты: некоторые бабочки были замечены в южной Великобритании, на российском Дальнем Востоке, в Австралии и на Гавайских островах.

Репперт уже почти пять лет изучает этих насекомых, пытаясь узнать, как им удается возвращаться обратно в те же самые уголки США и Центральной Америки в каждый летний и зимний сезоны. Ученым удалось достичь значительных успехов: в 2011 году они доказали, что эти бабочки ориентируются в пространстве по поляризации света солнца, используя особые светочувствительные клетки в усиках, и показали, что каждый усик содержит свой собственный бионавигатор, повреждение которого дезориентирует бабочку.

Почти сразу после открытия этого феномена Репперт и его коллеги задумались над тем, как бабочки-монархи не сбиваются с пути в пасмурную погоду, когда густые облака заслоняют свет солнца. Для ответа на этот вопрос ученые расшифровали полную версию генома Danaus plexippus и проследили за поведением бабочек при наличии самых разных помех и раздражителей.

В первую очередь биологи проверили, не содержит ли организм бабочек некого подобия биокомпаса птиц и рыб. Для этого они соорудили особый экспериментальный аппарат, в центре которого находилось особое «мини-кресло». Оно удерживало бабочку на месте в тот момент, когда та пыталась взлететь. Этот прием позволил ученым проследить за тем, как меняется направление движения насекомого.

Оказалось, что бабочки-монархи действительно способны ориентироваться и по линиям магнитного поля Земли: при появлении магнита они сбивались с курса и начинали «лететь» в неправильную сторону. Этот эффект проявлялся наиболее сильно в темном помещении и значительно ослаблялся в том случае, если ученые облучали кресло поляризованным светом. Это говорит о том, что в работе навигационных систем у бабочек-монархов магнитный компас играет вспомогательную роль.

Магнитные клетки в усиках бабочек включаются только в том случае, если они облучаются синим или ультрафиолетовым светом. По словам биологов, этот, казалось бы, странный факт несложно объяснить: подобные лучи солнца могут проникать через облака, благодаря чему магнитный биокомпас остается включенным даже в пасмурные дни, когда солнечный навигатор монархов перестает работать.

В то же время Репперт и его коллеги обеспокоены своим открытием. Биологи вспоминают майскую статью в журнале Nature, авторы которой обнаружили, что линии электропередач крайне негативно влияют на работу магнитного биокомпаса птиц. Вполне возможно, что подобные вещи могут происходить и с бабочками-монархами, численность которых и так резко снижается из-за вырубки лесов в Центральной Америке.