Các nhà nghiên cứu nói rằng họ đã phá vỡ bí mật của la bàn nội bộ của bướm bướm.
Ảnh: Đồng hồ Monarch
Mỗi bướm năm, vua trên khắp Canada và Hoa Kỳ di chuyển hơn 2.000 dặm (3.220 km) để sự ấm áp tương đối của trung tâm Mexico, và sau đó quay về hướng Bắc một lần nữa vào mùa xuân.
Cuộc hành trình, lặp đi lặp lại theo bản năng của các thế hệ quân vương, vẫn tiếp tục ngay cả khi số lượng của chúng đã giảm mạnh do mất nguồn thức ăn ấu trùng duy nhất của họ. Bây giờ các nhà khoa học nghĩ rằng họ đã phá vỡ bí mật của các vị vua la bàn được mã hóa di truyền bên trong để xác định hướng tây nam họ nên bay vào mỗi mùa thu. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Báo cáo di động vào ngày 14 tháng 4 năm 2016.
Nhà nghiên cứu Eli Shlizerman là một giáo sư trợ lý tại Đại học Washington. Ông nói trong một tuyên bố:
La bàn của họ tích hợp hai mẩu thông tin, thời gian trong ngày và vị trí mặt trời trên đường chân trời, để tìm hướng phía nam.
Ảnh: Wikimedia
Trong khi bản chất của loài bướm chúa có khả năng tích hợp thời gian trong ngày và vị trí mặt trời trên bầu trời được biết đến từ nghiên cứu trước đó, các nhà khoa học chưa bao giờ hiểu làm thế nào bộ não của vua chúa tiếp nhận và xử lý thông tin này. Đối với nghiên cứu, các nhà nghiên cứu muốn mô hình hóa cách tổ chức la bàn vua chúa trong não của nó.
Quân vương sử dụng đôi mắt to, phức tạp để theo dõi vị trí mặt trời trên bầu trời. Nhưng vị trí mặt trời không đủ để xác định hướng. Mỗi con bướm cũng phải kết hợp thông tin đó với thời gian trong ngày để biết đi đâu. May mắn thay, giống như hầu hết các loài động vật - bao gồm cả con người - quân vương sở hữu một chiếc đồng hồ bên trong dựa trên sự biểu hiện nhịp nhàng của các gen chính.
Đồng hồ này duy trì một mô hình hàng ngày về sinh lý và hành vi. Trong bướm chúa, đồng hồ được đặt ở giữa, và thông tin của nó truyền qua các nơ-ron đến não.
Các nhà sinh học trước đây đã nghiên cứu các kiểu nhịp điệu trong ăng ten của quốc vương điều khiển đồng hồ bên trong, cũng như cách đôi mắt ghép của chúng giải mã vị trí mặt trời trên bầu trời. Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã ghi lại các tín hiệu từ các dây thần kinh râu trong quân vương khi chúng truyền thông tin đồng hồ đến não cũng như thông tin ánh sáng từ mắt. Shlizerman nói:
Chúng tôi đã tạo ra một mô hình kết hợp thông tin này - cách ăng ten và mắt thông tin này đến não. Mục tiêu của chúng tôi là mô hình hóa loại cơ chế điều khiển nào sẽ hoạt động trong não, và sau đó hỏi liệu mô hình của chúng tôi có thể đảm bảo điều hướng bền vững theo hướng tây nam hay không.
Các nhà nghiên cứu đã mô hình hóa cách bộ não quân chủ tích hợp thời gian trong ngày với vị trí mặt trời trên bầu trời. Hình: Eli Shlizerman
Trong mô hình của họ, hai cơ chế thần kinh - một tín hiệu ức chế và một kích thích - được điều khiển từ các gen đồng hồ trong râu. Mô hình của họ có một hệ thống tương tự để phân biệt vị trí mặt trời dựa trên tín hiệu từ mắt. Sự cân bằng giữa các cơ chế kiểm soát này sẽ giúp bộ não quân chủ giải mã hướng nào là hướng tây nam.
Dựa trên mô hình của họ, có vẻ như khi thực hiện chỉnh sửa, các vị vua không chỉ đơn giản là thực hiện lần lượt ngắn nhất để quay lại tuyến đường. Mô hình của họ bao gồm một tính năng độc đáo - cái gọi là điểm phân tách điều đó sẽ kiểm soát việc quốc vương rẽ phải hay trái để đi về hướng tây nam. Shlizerman nói:
Vị trí của điểm này trong trường thị giác bướm bướm thay đổi trong suốt cả ngày. Và mô hình của chúng tôi dự đoán rằng quốc vương sẽ không vượt qua điểm này khi điều chỉnh khóa học để quay trở lại phía tây nam.
Dựa trên các mô phỏng của họ, nếu một vị vua bị lạc đường do một cơn gió hoặc vật thể trên đường đi, nó sẽ chuyển hướng bất kỳ hướng nào giành được yêu cầu để vượt qua điểm phân tách. Shlizerman nói:
Trong các thử nghiệm với các vị vua vào các thời điểm khác nhau trong ngày, bạn có thấy những lần mà lượt của họ trong quá trình sửa lỗi kéo dài một cách bất thường, chậm hoặc uốn khúc, đó là những trường hợp họ không thể thực hiện một lượt ngắn hơn vì nó sẽ yêu cầu vượt qua điểm phân tách.
Mô hình của họ cũng gợi ý một lời giải thích đơn giản tại sao bướm chúa có thể đảo ngược tiến trình vào mùa xuân và hướng về phía đông bắc trở lại Hoa Kỳ và Canada. Bốn cơ chế thần kinh truyền thông tin về đồng hồ và vị trí mặt trời sẽ chỉ cần đảo ngược hướng.