Hvert efterår vender monarksommerfugle over Canada og USA deres farverige vinger mod Rio Grande og migrerer mere end 2,000 miles til den relative varme i det centrale Mexico.

Rejsen, som gentages instinktivt af generationer af monarker, fortsætter, selvom deres antal er styrtdykket på grund af tab af deres eneste larvefødekilde - mælkeplante. Nu tror videnskabsmænd, at de har knækket hemmeligheden bag det interne, genetisk kodede kompas, monarker bruger til at bestemme den sydvestlige retning, de skal flyve hvert efterår.

"Deres kompas integrerer to stykker information - tidspunktet på dagen og solens position i horisonten - for at finde den sydlige retning," siger Eli Shlizerman, assisterende professor ved University of Washington, som har fælles ansættelser i anvendt matematik og elektrotekniske afdelinger.

Mens arten af ​​monarksommerfuglens evne til at integrere tidspunktet på dagen og solens placering på himlen er kendt fra tidligere forskning, har videnskabsmænd aldrig forstået, hvordan monarkens hjerne modtager og behandler denne information. Til undersøgelsen ønskede forskerne at modellere hvordan monarkens kompas er organiseret i sin hjerne.

"Vi ønskede at forstå, hvordan monarken behandler disse forskellige typer information for at give denne konstante adfærd - flyver mod sydvest hvert efterår," siger Shlizerman.

Monarker bruger deres store, komplekse øjne til at overvåge solens position på himlen. Men solens position er ikke tilstrækkelig til at bestemme retningen. Hver sommerfugl skal også kombinere disse oplysninger med tidspunktet på dagen for at vide, hvor de skal hen. Heldigvis, som de fleste dyr, inklusive mennesker, besidder monarker et internt ur baseret på det rytmiske udtryk af nøglegener.

Dette ur opretholder et dagligt mønster af fysiologi og adfærd. Hos monarksommerfuglen er uret centreret i antennerne, og dets information går via neuroner til hjernen.

Biologer har tidligere studeret de rytmiske mønstre i monarkantenner, der styrer det indre ur, samt hvordan deres sammensatte øjne tyder solens position på himlen. Til undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Rapporter Cell, optog forskere signaler fra antennenerver i monarker, da de transmitterede urinformation til hjernen samt lysinformation fra øjnene.

Den korteste rute er ikke den bedste

"Vi skabte en model, der inkorporerede denne information - hvordan antennerne og øjnene sender denne information til hjernen," siger Shlizerman. "Vores mål var at modellere, hvilken type kontrolmekanisme, der ville være på arbejde i hjernen, og spurgte derefter, om vores model kunne garantere vedvarende navigation i sydvestlig retning."

I deres model kontrollerede to neurale mekanismer - en hæmmende og en excitatorisk - signaler fra urgener i antennerne. Deres model havde et lignende system på plads til at skelne solens position baseret på signaler fra øjnene. Balancen mellem disse kontrolmekanismer ville hjælpe monarkens hjerne med at tyde, hvilken retning der var sydvest.

Baseret på deres model ser det også ud til, at monarker, når de laver kurskorrektioner, ikke blot tager den korteste tur for at komme tilbage på ruten. Deres model indeholder en unik funktion - et adskillelsespunkt, der ville kontrollere, om monarken drejede til højre eller venstre for at gå i sydvestlig retning.

"Placeringen af ​​dette punkt i monarksommerfuglens synsfelt ændrer sig i løbet af dagen," siger Shlizerman. "Og vores model forudsiger, at monarken ikke vil krydse dette punkt, når den foretager en kurskorrektion for at gå tilbage mod sydvest."

Baseret på deres simuleringer, hvis en monark kommer ud af kurs på grund af et vindstød eller en genstand på dens vej, vil den dreje den retning, der ikke kræver, at den krydser adskillelsespunktet.

Yderligere undersøgelser vil skulle bekræfte, om forskernes model er i overensstemmelse med monark sommerfuglens hjerneanatomi, fysiologi og adfærd. Indtil videre synes aspekter af deres model, såsom separationspunktet, at være i overensstemmelse med observeret adfærd.

"I eksperimenter med monarker på forskellige tidspunkter af dagen ser du lejligheder, hvor deres drejninger i kurskorrektioner er usædvanligt lange, langsomme eller bugtende," siger Shlizerman. "Det kan være tilfælde, hvor de ikke kan køre et kortere sving, fordi det ville kræve at krydse adskillelsespunktet."

Deres model foreslår også en simpel forklaring på, hvorfor monarksommerfugle er i stand til at vende kursen om foråret og drage mod nordøst tilbage til USA og Canada. De fire neurale mekanismer, der transmitterer information om uret og solens position, skulle simpelthen vende retningen.

"Og når det sker, peger deres kompas nordøst i stedet for sydvest," siger Shlizerman. "Det er et simpelt, robust system til at forklare, hvordan disse sommerfugle - generation efter generation - laver denne bemærkelsesværdige migration."

Daniel Forger ved University of Michigan og James Phillips-Portillo ved University of Massachusetts er medforfattere til undersøgelsen, som blev finansieret af National Science Foundation og Washington Research Fund.

Kilde: University of Washington

{youtube}8Y073TkHVf0{/youtube}

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon