Природа придумала GPS задолго до людей: мотыльки летят 1000 км, переключаясь между звездами и магнитным полем

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

16 августа 2025, 22:27 | Мнение | Флора и фауна

Крошечный мотылёк, весом меньше канцелярской скрепки, каждую весну отправляется в грандиозное путешествие. Он пролетает до тысячи километров сквозь австралийский буш, чтобы найти прохладные, уединённые пещеры в горах. Никаких карт, никакого GPS. Только инстинкты и встроенные инструменты, которые до недавнего времени оставались одной из самых интригующих загадок зоологии.

Речь идёт о совке-богонг, и её ежегодная миграция — это не просто перелёт, а настоящий подвиг навигационного искусства. Представьте, что вам нужно пройти пешком от Москвы до Берлина, ориентируясь лишь по солнцу и внутренним ощущениям. А теперь умножьте это на сложность ночного путешествия. Как это вообще возможно?

Совка-богонг
Автор: by P.D. Amara, Public Domain Dedication (CC0) Источник: www.flickr.com

Загадка, которая не давала покоя

Учёные десятилетиями ломали голову над этим вопросом. Главных загадок было две. Первая: как мотылёк, с его крошечным мозгом и примитивной, на первый взгляд, нервной системой, умудряется выбрать верное направление и не сбиться с пути? И вторая, не менее сложная: как он понимает, что уже прилетел? Что служит для него сигналом «стоп»?

Профессор Эрик Уоррант из Лундского университета, посвятивший изучению этих насекомых годы, метко сравнил их путешествие с человеческим походом дважды вокруг Земли без каких-либо приборов. Это сравнение отлично показывает, насколько феноменальны способности совки-богонг. И вот, шаг за шагом, его команда приближается к разгадке.

a, Самец совки-богонг. Масштабная линейка, 5 мм. Фото: A. Narendra, из источника ref. ² b, Взрослые особи весной мигрируют из мест размножения в различных регионах юго-восточной Австралии в Австралийские Альпы (зелёные стрелки), где они эстивируют в прохладных высокогорных пещерах в течение лета, и возвращаются к местам размножения осенью (фиолетовые стрелки). В местах размножения они спариваются, откладывают яйца и умирают. Незрелые стадии развиваются под землёй в течение зимы. Красной точкой обозначено место проведения эксперимента в Адаминаби. Масштабная линейка, 500 км. c, Около 16 000 особей на м² эстивируют на стенах определённых пещер в Австралийских Альпах до 4 месяцев перед обратной миграцией. Inset: изображение мотыльков крупным планом. Цитирование: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Bogong moths use a stellar compass for long-distance navigation at night. Nature 643, 994-1000 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09135-3
Автор: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Источник: www.nature.com

Компас небесный и компас земной

Несколько лет назад исследователи выяснили, что у мотыльков есть «магнитное чувство». Они способны воспринимать магнитное поле Земли и использовать его, словно встроенный компас. Это уже было сенсацией, но, как оказалось, это лишь половина истории. Магнитный компас — это скорее запасной вариант.

Что же тогда основной инструмент? Ответ оказался одновременно простым и невероятно изящным. «Если вы ночью окажетесь в австралийском буше, — объясняет Уоррант, — самым ярким ориентиром на небе будет Млечный Путь». Логика подсказывала: если дневные насекомые ориентируются по Солнцу, то ночные должны использовать звёзды.

Но как это доказать? Нельзя же просто спросить у мотылька.

Чтобы проверить эту смелую гипотезу, учёным пришлось пойти на беспрецедентные меры — они построили специальную лабораторию вдали от городских огней и электромагнитных помех. Внутри этой лаборатории они могли создавать любые условия: включать и выключать искусственное магнитное поле и, что самое главное, проецировать на потолок реалистичную картину звёздного неба.

Результаты эксперимента оказались поразительными. В полной темноте, без магнитного поля, но под проекцией ночного неба, мотыльки уверенно летели в нужном направлении. Они использовали звёзды!

a, b, Направления ориентации 95 мигрирующих мотыльков (синие векторы) под безоблачным осенним ночным небом (Адаминаби, в течение 3 ночей в конце марта 2023), в начале вечера (a; 20:49 +- 17 мин, α = 5°, 95% доверительный интервал = 22°, R* = 3.981, P = 4.23 x 10⁻²⁰) и снова спустя 3 часа, когда полумесяц и звезды существенно сместили своё положение (b; 23:42 +- 17 мин, α = 355°, 95% доверительный интервал = 42°, R* = 2.677, P = 5.76 x 10⁻⁹). Заход солнца произошёл в 19:00 +- 4 мин. Мотыльки были закреплены на прозрачной цилиндрической арене из Perspex (плексигласа), пропускающего УФ-излучение, с полным обзором неба и окружающего ландшафта. c, Направления ориентации 44 мигрирующих мотыльков (синие векторы) под осенним ночным небом при сплошной облачности (Адаминаби, конец марта 2023) в 21:30 +- 18 мин (α = 13°, 95% доверительный интервал = 30°, R* = 2.828, P = 7.56 x 10⁻¹⁰). Каждый красный средний вектор (MV) на a-c получен путём взвешивания средних направлений и средней направленности (длины векторов) всех отдельных особей. Статистический анализ проводился с помощью одностороннего модифицированного критерия Рэлея по Муру с поправкой Бонферрони на множественные сравнения; скорректированное значение P = 4.23 x 10⁻²⁰ (a), 5.76 x 10⁻⁹ (b) и 7.56 x 10⁻¹⁰ (c) (см. Методы). Направление и направленность средних векторов обозначены α и R* соответственно. Пунктирные окружности показывают требуемое значение R* для статистической значимости: P < 0.05, P < 0.01 и P < 0.001, соответственно, с увеличением радиуса. Красные радиальные штрихи показывают 95% доверительные интервалы. gN, географический север; mN, магнитный север. Изображения неба на a и b получены с помощью Stellarium. Цитирование: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Bogong moths use a stellar compass for long-distance navigation at night. Nature 643, 994-1000 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09135-3
Автор: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Источник: www.nature.com

А дальше началось самое интересное. Когда учёные поворачивали звёздную карту на 180 градусов, насекомые послушно разворачивались и летели в противоположную сторону. А когда вместо упорядоченного неба им показывали хаотичный набор световых точек, мотыльки терялись и летали кругами. Это было неопровержимым доказательством: у совки-богонг есть звёздный компас.

a, Примеры общих категорий ответа (1-4) на вращения стимула ночного неба на 360° по часовой стрелке (CW; серые кривые) и против часовой стрелки (CCW; фиолетовые кривые) (кривые настройки показывают среднее значение +- ст. откл. спайковых импульсов (имп/с)). В системе отсчета мотылька, летящего под естественным (неподвижным) небом, 0° = 360° означает движение на север; 90° — движение на восток; 180° — движение на юг; и 270° — движение на запад. φmax определяется наверху (красная пунктирная линия). Горизонтальные пунктирные линии показывают достимуляционный уровень ответа. b, φmax для всех клеток (обратите внимание, что бимодальные клетки имеют два φmax, разнесенных примерно на 180°; отдельные графики для всех четырех категорий клеток показаны на Расширенном рис. 3). Красный вектор показывает среднее значение φmax (α) и длину вектора (r) для всех 18 унимодальных клеток (односторонний критерий Рэлея, данные за весну и осень объединены, P = 0.00319; 95% доверительные пределы (черные прямые линии), +-35°). Пунктирные окружности показывают требуемое значение r для статистической значимости: P < 0.05 и P < 0.01, соответственно, с увеличением радиуса. Унимодальные клетки максимально активируются, когда мотыльки движутся в южном направлении (171° +- 35°) под естественным небом (независимо от сезона). c, Вариабельность φmax при последовательных вращениях неба по часовой стрелке (в среднем 9°) или против часовой стрелки (в среднем 10°) в отдельных клетках. d, φmax для контрольных стимулов в виде точки и полосы в подгруппе унимодальных и бимодальных клеток (осень 2020 г.). Пустые кружки показывают второй φmax для бимодальных клеток. Нижний ряд показывает угловую разницу между φmax клетки для стимулов точка/полоса и её φmax для звездного неба (указано +- угловые пределы, пунктирные линии). e, SNR ответа (отношение сигнал/шум) для различных стимулов (серые точки — включенные данные; черные точки — выбросы). Для ящичковых диаграмм (box plots) границы «ящика» показывают от 25-го до 75-го перцентиля, центральная линия — медианное значение, а «усы» простираются до 1.5 x межквартильный размах. SNR — это максимальный ответ во время вращения неба (т.е. при φ = φmax), деленный на стандартную ошибку до вращения. Статистический анализ проводился с использованием двусторонних ранговых критериев Уилкоксона; *P = 0.052, ***P = 0.00011. Данные для неба/контроля: 2018, 2019 и 2020 гг.; данные для точки/полосы: 2020 г. Цитирование: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Bogong moths use a stellar compass for long-distance navigation at night. Nature 643, 994-1000 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09135-3
Автор: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Источник: www.nature.com

План «Б» на случай плохой погоды

Так зачем же им тогда нужен магнитный компас? Исследователи нашли ответ, смоделировав распространённую в природе ситуацию — облачность. Когда проектор звёздного неба выключали, но оставляли магнитное поле, мотыльки снова находили верный курс.

Получается, природа снабдила их двойной навигационной системой. План «А» — лететь по звёздам, это самый точный и надёжный способ. Но если небо затянуто тучами, в дело вступает план «Б» — магнитное поле Земли. Эта гибкость и отказоустойчивость обеспечивают успех их эпического путешествия даже в плохих условиях.

a, Морфология нейронов: нейрон, соединяющий обе зрительные доли и иннервирующий LAL центрального мозга (медулла (ME) к медулле, слева), нейрон центрального комплекса, иннервирующий веерообразное тело (FB; в центре), и нейрон LX (справа). EB, эллипсоидное тело. Масштабные линейки, 500 мкм. b, Растровые графики спайковой активности, показанные вместе со средними кривыми настройки для звездного неба, вращающегося по часовой и против часовой стрелки (синие/зеленые кривые), и для вращающихся хаотизированных звезд (контроль, серые кривые). Другие условные обозначения соответствуют описанным на Рис. 4a. c, Пиковые направления настройки (φmax) отдельных клеток при вращении неба по часовой и против часовой стрелки (угол вращения, при котором частота разрядов клетки была максимальной, полученный из растровых графиков последовательностей спайков на b). Значения φmax соответствуют курсу мотылька относительно севера. Синие/зеленые линии показывают значения φmax для звездного неба, а серые линии — φmax для точечного стимула, если он тестировался. Цитирование: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Bogong moths use a stellar compass for long-distance navigation at night. Nature 643, 994-1000 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09135-3
Автор: Dreyer, D., Adden, A., Chen, H. et al. Источник: www.nature.com

Нерешённые вопросы и новые горизонты

Итак, мы знаем, что помогает мотылькам ориентироваться. Но вопрос как всё ещё остаётся открытым. Особенно это касается магнитного чувства. Как крошечный организм «видит» силовые линии планеты?

У команды Эрика Уорранта есть теория, и она связана с квантовой биологией. Вероятно, ключ кроется в особом белке под названием криптохром. По сути, это светочувствительная молекула, которая, как предполагается, может запускать химическую реакцию, делая клетки восприимчивыми к магнитному полю. Если эта гипотеза подтвердится, это будет означать, что мотыльки в буквальном смысле видят магнитное поле как наложение на обычное зрение.

И это подводит нас к следующей великой тайне: как мотыльки узнают, что они дома? Какие сенсорные сигналы — запах, температура, влажность или что-то ещё — говорят им: «Всё, путешествие окончено, это те самые пещеры»? Ответ на этот вопрос станет следующим большим прорывом.

История совки-богонг — это блестящий пример того, какие сложные и элегантные механизмы скрываются в мире природы. Этот крошечный путешественник напоминает нам, что даже самые маленькие создания могут обладать способностями, которые кажутся нам почти сверхъестественными. И кто знает, какие ещё секреты они хранят?

Изображение в превью:

Автор: by P.D. Amara, Public Domain Dedication (CC0)
Источник: www.flickr.com