Некоторые бабочки-монархи не мигрируют

Монархи наиболее известны своей невероятной миграцией на дальние расстояния с севера до Канады на зимовку в Мексике. Но знаете ли вы, что эти североамериканские бабочки-монархи - единственные, кто мигрирует?

Бабочки монарх (Danaus Plexippus) также живут в Центральной и Южной Америке, на Карибах, в Австралии и даже в некоторых частях Европы и Новой Гвинеи. Но все эти монархи ведут сидячий образ жизни, то есть они остаются в одном месте и не мигрируют.

Ученые долго выдвигали гипотезу, что североамериканские мигрирующие монархи произошли от оседлого населения, и что эта одна группа бабочек развила способность мигрировать. Но недавнее генетическое исследование предполагает, что может быть и обратное.

Исследователи из Чикагского университета нанесли на карту геном монарха и считают, что они точно определили ген, ответственный за миграционное поведение североамериканских бабочек. Ученые сравнили более 500 генов у мигрирующих и немигрирующих бабочек монарха и обнаружили только один ген, который последовательно отличается в двух популяциях монархов. Ген, известный как коллаген IV α-1, который участвует в формировании и функционировании летящих мышц, экспрессируется на значительно сниженных уровнях у мигрирующих монархов. Эти бабочки потребляют меньше кислорода и имеют более низкий уровень метаболизма во время полетов, что делает их более эффективными летчиками. Они лучше оснащены для дальних путешествий, чем их сидячие кузены. Немигрирующие монархи, по мнению исследователей, летают быстрее и тяжелее, что хорошо для краткосрочного полета, но не для поездки в несколько тысяч миль.

Команда Чикагского университета также использовала этот генетический анализ, чтобы посмотреть на происхождение монарха, и пришла к выводу, что этот вид на самом деле произошел с мигрирующей популяцией в Северной Америке. Они считают, что монархи рассеялись по океанам тысячи лет назад, и каждая новая популяция потеряла свое миграционное поведение самостоятельно.

_{Источники:}

• _{Бабочка Монарх, Danaus plexippus Linnaeus, автор Андрей Сураков, Университет МФСА, Флорида. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}
• _{Генетические секреты бабочки-монарха раскрытыЧикагский университет медицины, 2 октября 2014 г. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}

Добровольцы - обычные граждане, интересующиеся бабочками - внесли большой вклад в данные, которые помогли ученым узнать, как и когда монархи мигрируют в Северную Америку. В 1940-х годах зоолог Фредерик Уркхарт разработал метод мечения бабочек-монархов, прикрепив небольшую клейкую этикетку к крылу. Уркхарт надеялся, что, пометив бабочек, он сможет отследить их путешествия. Он и его жена Нора пометили тысячи бабочек, но вскоре поняли, что им потребуется гораздо больше помощи, чтобы пометить достаточно бабочек, чтобы предоставить полезные данные.

В 1952 году уркварты завербовали своих первых гражданских ученых, добровольцев, которые помогали маркировать и выпускать тысячи бабочек-монархов. Людей, которые нашли помеченных бабочек, попросили прислать их находки в Уркварт с подробной информацией о том, когда и где были найдены монархи. Каждый год они набирали все больше добровольцев, которые, в свою очередь, отмечали больше бабочек, и постепенно Фредерик Уркхарт начал составлять карту путей миграции, по которым монархи следовали осенью. Но куда делись бабочки?

Наконец, в 1975 году человек по имени Кен Бруггер позвонил уркхартам из Мексики, чтобы сообщить о наиболее важных наблюдениях на сегодняшний день. Миллионы бабочек монархов были собраны в лесу в центральной Мексике. Данные, собранные добровольцами за несколько десятилетий, привели уркхартов к ранее неизвестным местам зимовки бабочек-монархов.

Хотя несколько проектов по мечению продолжаются и сегодня, существует также новый научный проект для граждан, цель которого - помочь ученым узнать, как и когда монархи возвращаются весной. Через веб-исследование «Путешествие на север» добровольцы сообщают о месте и дате своих первых наблюдений монарха в весенние и летние месяцы.

Вы заинтересованы в добровольном сборе данных о миграции монархов в вашем регионе? Узнайте больше: Доброволец с научным проектом гражданина-монарха.

_{Источники:}

• _{Доктор Фред Уркварт - В памятьЧасы Монарха, Университет Канзаса. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}
• _{Пометка монарховЧасы Монарха, Университет Канзаса. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}
• _{Падение миграционных путей бабочек-монархов в восточной части Северной Америки выявлено гражданскими ученымиЭлизабет Ховард и Эндрю К. Дэвис, журнал по сохранению насекомых, 2008. (PDF) Доступ к сети 8 июня 2015 г.}
• _{Документирование весенних движений бабочек-монархов с путешествием на север, гражданская наука Программа Элизабет Ховард и Эндрю К. Дэвис. В «Биологии и сохранении бабочки-монарха» Карен Сюзанн Оберхаузер и Мишель Дж. Solensk.}

Открытие того, куда каждую зиму ходили бабочки-монархи, сразу же подняло новый вопрос: как найдет ли бабочка путь в отдаленный лес за тысячи миль, если его там никогда не было перед?

В 2009 году команда ученых из Массачусетского университета раскрыла часть этой загадки, когда они показали, как бабочка-монарх использует свои антенны, чтобы следовать за солнцем. В течение десятилетий ученые полагали, что монархи должны следовать за солнцем, чтобы найти свой путь на юг, и что бабочки корректировали свое направление, когда солнце двигалось по небу от горизонта к горизонт.

Давно считалось, что усики насекомых служат рецепторы для химических и тактильных сигналов. Но исследователи UMass подозревали, что они могут сыграть роль в том, как монархи обрабатывали световые сигналы при миграции. Ученые поместили бабочек-монархов в симулятор полета и удалили антенны из одной группы бабочек. В то время как бабочки с антеннами летели на юго-запад, как обычно, монархи без антенн дико отклонялись от курса.

Затем команда исследовала циркадные часы в мозгу монарха - молекулярные циклы, которые реагируют на изменения в солнечный свет между ночью и днем ​​- и обнаружил, что он все еще функционирует нормально, даже после удаления бабочки усики. Антенны, казалось, интерпретировали световые сигналы независимо от мозга.

Чтобы подтвердить эту гипотезу, исследователи снова разделили монархов на две группы. Для контрольной группы они покрыли антенны прозрачной эмалью, которая все еще позволяла бы свету проникать. Для тестовой или переменной группы они использовали черную эмалевую краску, эффективно блокирующую световые сигналы от достижения антенн. Как и предсказывалось, монархи с дисфункциональными антеннами летели в случайных направлениях, в то время как те, которые могли еще обнаружить свет своими антеннами, оставались в курсе.

Но это должно было быть чем-то большим, чем просто следование за солнцем, потому что даже в чрезвычайно пасмурные дни монархи продолжали лететь на юго-запад в обязательном порядке. Могут ли бабочки-монархи следовать за магнитным полем Земли? Исследователи UMass решили изучить эту возможность, и в 2014 году они опубликовали результаты своего исследования.

На этот раз ученые поместили бабочек-монархов в имитаторы полета с искусственными магнитными полями, чтобы они могли контролировать наклон. Бабочки летели в своем обычном южном направлении, пока исследователи не изменили магнитный наклон - тогда бабочки развернулись и полетели на север.

Один последний эксперимент подтвердил, что этот магнитный компас зависел от света. Ученые использовали специальные фильтры для управления длинами волн света в имитаторе полета. Когда монархи подвергались воздействию света в ультрафиолетовой области спектра А / синий (от 380 до 420 нм), они оставались на своем южном пути. Свет в диапазоне длин волн свыше 420 нм заставил монархов летать кругами.

_{Источник:}

• _{Антенна циркадных часов координирует ориентацию солнечного компаса у перелетных бабочек-монарховКристина Мерлин, Роберт Дж. Gegear, и Стивен М. Репперт, Наука 25 сентября 2009 г.: вып. 325. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}
• _{Бабочка "GPS" найдена в антеннахДжудит Бернс, BBC News, 25 сентября 2009 г. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}
• _{Ученые показывают, что бабочки-монархи используют магнитный компас во время миграцииДжимом Фессенденом, Медицинские школы UMass, 24 июня 2014 г. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}

Благодаря десятилетиям пометок записей и наблюдений исследователей и энтузиастов монархов, мы довольно много знаем о том, как монархи управляют таким долгая осенняя миграция.

В марте 2001 года в Мексике была обнаружена помеченная бабочка, о которой Фредерик Уркварт сообщил. Уркварт проверил свою базу данных и обнаружил, что этот сердечный мужской монарх (тег № 40056) был первоначально помечен на острове Гранд-Манан, Нью-Брансуик, Канада, в августе 2000 года. Этот человек пролетел рекордные 2750 миль и был первой бабочкой в ​​этой области Канады, которая, как было подтверждено, завершила путешествие в Мексику.

Как монарх пролетает такое невероятное расстояние на таких тонких крыльях? Мигрирующие монархи являются экспертами в парении, позволяя преобладающим попутным ветрам и южным холодным фронтам проталкивать их на сотни миль. Вместо того, чтобы тратить энергию, взмахивая крыльями, они движутся по воздушным потокам, корректируя их направление по мере необходимости. Пилоты самолета-планера сообщили о том, что делят небо с монархами на высоте до 11 000 футов.

Когда условия идеальны для взлета, мигрирующие монархи могут оставаться в воздухе до 12 часов в день, преодолевая расстояния до 200-400 миль.

_{Источники:}

• _{"Бабочка монарх, Danaus Plexippus L. (Lepidoptera: Danaidae), "Томас С. Эммель и Андрей Сураков, Университет Флориды. Энциклопедия энтомологии, 2^й издание под редакцией Джона Л. Capinera.}
• _{Monarch Tag & Release, Веб-сайт Вирджинского музея жизни. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}
• _{Самая длинная миграция монарха - рекордный полетПутешествие на север. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}

Можно подумать, что существо, которое пролетает несколько тысяч миль, потратит много энергии в делая это, и, следовательно, прийти к финишу значительно легче, чем когда он начал свой путь, правильно? Не так для бабочки-монарха. Монархи действительно набирают вес во время долгой миграции на юг и прибывают в Мексику, выглядя довольно пухлыми.

Монарх должен прибыть в мексиканскую среду обитания с достаточным количеством жира, чтобы пережить зиму. После того, как монарх поселится в лесу Ойумел, он будет оставаться в покое в течение 4-5 месяцев. Помимо редкого короткого перелета, чтобы выпить воды или немного нектара, монарх проводит зиму, укрытую миллионами других бабочек, отдыхая и ожидая весны.

Так как же бабочка-монарх набирает вес во время полета более 2000 миль? Сохраняя энергию и питаясь как можно больше по пути. Исследовательская группа во главе с Линкольном П. Брауэр, всемирно известный эксперт-монарх, изучил, как монархи питают себя для миграции и зимовки.

Как взрослые, монархи пьют цветочный нектар, который по сути является сахаром, и превращают его в липид, который обеспечивает больше энергии на вес, чем сахар. Но липидная нагрузка начинается не в зрелом возрасте. Гусеницы монарха питаются постояннои накапливать небольшие запасы энергии, которые в значительной степени переживают окукливание. У недавно появившейся бабочки уже есть некоторые начальные запасы энергии, на которых можно строить. Монархи-мигранты наращивают свои запасы энергии еще быстрее, поскольку они находятся в состоянии репродуктивной диапаузы и не тратят энергию на спаривание и размножение.

Мигрирующие монархи набирают силу прежде, чем начинают свое путешествие на юг, но они также делают частые остановки, чтобы питаться по пути. Осень источники нектара чрезвычайно важны для их успеха миграции, но они не особенно требовательны к тому, где они кормятся. В восточной части США любой цветущий луг или поле будет служить заправочной станцией для мигрирующих монархов.

Брауэр и его коллеги отметили, что сохранение растений нектара в Техасе и северной Мексике может иметь решающее значение для поддержания миграции монарха. Бабочки собираются в этом регионе в большом количестве, от всего сердца питаются, чтобы увеличить запасы липидов, прежде чем завершить последний этап миграции.

_{Источники:}

• _{"Бабочка монарх, Danaus Plexippus L. (Lepidoptera: Danaidae), "Томас С. Эммель и Андрей Сураков, Университет Флориды. Энциклопедия энтомологии, 2^й издание под редакцией Джона Л. Capinera.}
• _{Стимулирование осенней миграции бабочки-монархаЛинкольн П. Брауэр Линда С. Финк и Питер Уолфорд, Интегративная и сравнительная биологияВып. 46, 2006. Доступ через Интернет 8 июня 2015 г.}