ผีเสื้อของราชาไปเม็กซิโกได้อย่างไรโดยไม่มีแผนที่

ทุกฤดูใบไม้ร่วง ผีเสื้อพระมหากษัตริย์ทั่วแคนาดาและสหรัฐอเมริกาหันปีกสีสันสดใสไปทางริโอแกรนด์ และอพยพกว่า 2,000 ไมล์สู่ความอบอุ่นทางตอนกลางของเม็กซิโก

การเดินทางซึ่งเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกตามสัญชาตญาณโดยพระมหากษัตริย์รุ่นต่อรุ่น ยังคงดำเนินต่อไป แม้ว่าจำนวนของพวกเขาจะลดลงเนื่องจากการสูญเสียแหล่งอาหารของตัวอ่อนเพียงอย่างเดียว นั่นคือมิลค์วีด ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์คิดว่าพวกเขาได้ไขความลับของกษัตริย์เข็มทิศที่เข้ารหัสทางพันธุกรรมภายในที่ใช้เพื่อกำหนดทิศทางตะวันตกเฉียงใต้ที่พวกเขาควรจะบินในแต่ละฤดูใบไม้ร่วง

Eli Shlizerman ผู้ช่วยศาสตราจารย์จาก University of Washington ผู้ซึ่งได้รับการแต่งตั้งร่วมกันในวิชาคณิตศาสตร์ประยุกต์และ แผนกวิศวกรรมไฟฟ้า

แม้ว่าธรรมชาติของความสามารถของผีเสื้อพระมหากษัตริย์ในการรวมช่วงเวลาของวันและตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าเป็นที่ทราบกันดีจากการวิจัยครั้งก่อน นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยเข้าใจว่าสมองของพระมหากษัตริย์ได้รับและประมวลผลข้อมูลนี้อย่างไร สำหรับการศึกษานี้ นักวิจัยต้องการจำลองวิธีการ เข็มทิศของพระมหากษัตริย์ ถูกจัดอยู่ในสมองของมัน

“เราต้องการทำความเข้าใจว่าพระมหากษัตริย์ทรงประมวลผลข้อมูลประเภทต่าง ๆ เหล่านี้อย่างไรเพื่อให้เกิดพฤติกรรมที่คงอยู่นี้—บินไปทางตะวันตกเฉียงใต้ทุกฤดูใบไม้ร่วง” ชลิเซอร์แมนกล่าว

กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง

พระมหากษัตริย์ใช้ดวงตาที่โตและซับซ้อนเพื่อติดตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า แต่ตำแหน่งของดวงอาทิตย์ไม่เพียงพอที่จะกำหนดทิศทาง ผีเสื้อแต่ละตัวจะต้องรวมข้อมูลนั้นกับช่วงเวลาของวันด้วยเพื่อที่จะรู้ว่าจะไปที่ไหน โชคดีที่เช่นเดียวกับสัตว์ส่วนใหญ่รวมทั้งมนุษย์ พระมหากษัตริย์มีนาฬิกาภายในโดยอาศัยการแสดงออกของยีนที่สำคัญเป็นจังหวะ

นาฬิกานี้รักษารูปแบบสรีรวิทยาและพฤติกรรมประจำวัน ในผีเสื้อพระมหากษัตริย์ นาฬิกามีศูนย์กลางอยู่ที่เสาอากาศ และข้อมูลของนาฬิกาจะเดินทางผ่านเซลล์ประสาทไปยังสมอง

ก่อนหน้านี้ นักชีววิทยาได้ศึกษารูปแบบจังหวะในเสาอากาศของกษัตริย์ที่ควบคุมนาฬิกาภายใน เช่นเดียวกับวิธีที่ดวงตาประกอบของพวกมันถอดรหัสตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า สำหรับการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร รายงานเซลล์นักวิจัยได้บันทึกสัญญาณจากเส้นประสาทเสาอากาศในพระมหากษัตริย์ ขณะที่ส่งข้อมูลนาฬิกาไปยังสมอง รวมทั้งข้อมูลแสงจากดวงตา

เส้นทางที่สั้นที่สุดไม่ใช่เส้นทางที่ดีที่สุด

“เราสร้างแบบจำลองที่รวมข้อมูลนี้เข้าด้วยกัน วิธีที่เสาอากาศและดวงตาส่งข้อมูลนี้ไปยังสมอง” Shlizerman กล่าว “เป้าหมายของเราคือการสร้างแบบจำลองว่ากลไกการควบคุมแบบใดจะทำงานภายในสมอง จากนั้นจึงถามว่าแบบจำลองของเราสามารถรับประกันการนำทางที่ยั่งยืนในทิศทางตะวันตกเฉียงใต้ได้หรือไม่”

ผีเสื้อพระมหากษัตริย์ 4 30ในแบบจำลองของพวกเขา กลไกประสาทสองกลไก—หนึ่งตัวยับยั้งและหนึ่งตัวกระตุ้น—สัญญาณที่ควบคุมจากยีนนาฬิกาในเสาอากาศ แบบจำลองของพวกเขามีระบบที่คล้ายกันในการมองเห็นตำแหน่งของดวงอาทิตย์โดยอาศัยสัญญาณจากดวงตา ความสมดุลระหว่างกลไกการควบคุมเหล่านี้จะช่วยให้สมองของพระมหากษัตริย์สามารถถอดรหัสทิศตะวันตกเฉียงใต้ได้

จากแบบจำลองของพวกเขา ยังปรากฏว่าเมื่อทำการแก้ไขหลักสูตร พระมหากษัตริย์ไม่เพียงแค่เลี้ยวที่สั้นที่สุดเพื่อกลับบนเส้นทาง โมเดลของพวกเขามีคุณลักษณะเฉพาะ—จุดแยกที่จะควบคุมว่าพระมหากษัตริย์จะหันขวาหรือซ้ายไปทางทิศตะวันตกเฉียงใต้

“ตำแหน่งของจุดนี้ในลานสายตาของผีเสื้อราชาจะเปลี่ยนไปตลอดทั้งวัน” ชลิเซอร์แมนกล่าว "และแบบจำลองของเราคาดการณ์ว่าพระมหากษัตริย์จะไม่ข้ามจุดนี้เมื่อมีการแก้ไขเส้นทางเพื่อมุ่งหน้าไปทางตะวันตกเฉียงใต้"

จากการจำลองของพวกเขา หากพระมหากษัตริย์เสด็จออกนอกเส้นทางเนื่องจากลมกระโชกแรงหรือวัตถุในเส้นทางของมัน พระมหากษัตริย์จะหันไปทางใดก็ตามที่ไม่ต้องการให้ข้ามจุดแยก

การศึกษาเพิ่มเติมจะต้องยืนยันว่าแบบจำลองของนักวิจัยสอดคล้องกับกายวิภาคศาสตร์สมอง สรีรวิทยาและพฤติกรรมของผีเสื้อพระมหากษัตริย์หรือไม่ จนถึงตอนนี้ แง่มุมต่างๆ ของแบบจำลอง เช่น จุดแยก ดูเหมือนจะสอดคล้องกับพฤติกรรมที่สังเกตได้

“ในการทดลองกับพระมหากษัตริย์ในช่วงเวลาต่างๆ ของวัน คุณเห็นโอกาสที่การเปลี่ยนแปลงของพวกเขาในการแก้ไขเส้นทางนั้นยาวผิดปกติ ช้า หรือคดเคี้ยว” ชลิเซอร์แมนกล่าว “นี่อาจเป็นกรณีที่พวกเขาไม่สามารถเลี้ยวที่สั้นกว่านี้ได้ เพราะมันจะต้องข้ามจุดแยก”

โมเดลของพวกเขายังเสนอคำอธิบายง่ายๆ ว่าเหตุใดผีเสื้อของราชาจึงสามารถย้อนกลับเส้นทางในฤดูใบไม้ผลิและมุ่งหน้าไปทางตะวันออกเฉียงเหนือกลับไปยังสหรัฐอเมริกาและแคนาดา กลไกประสาททั้งสี่ที่ส่งข้อมูลเกี่ยวกับนาฬิกาและตำแหน่งของดวงอาทิตย์เพียงแค่ต้องเปลี่ยนทิศทาง

“และเมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้น เข็มทิศของพวกเขาจะชี้ไปทางตะวันออกเฉียงเหนือแทนที่จะเป็นตะวันตกเฉียงใต้” ชลิเซอร์แมนกล่าว "เป็นระบบที่เรียบง่ายและแข็งแกร่งในการอธิบายว่าผีเสื้อเหล่านี้ - รุ่นแล้วรุ่นเล่า - ทำให้การอพยพที่น่าทึ่งนี้ได้อย่างไร"

Daniel Forger จากมหาวิทยาลัยมิชิแกนและ James Phillips-Portillo จากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์เป็นผู้เขียนร่วมของการศึกษานี้ ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจาก National Science Foundation และ Washington Research Fund

ที่มา: มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

{youtube}8Y073TkHVf0{/youtube}


หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน