매년 가을, 캐나다와 미국 전역의 왕나비는 다채로운 날개를 리오 그란데 쪽으로 돌리고 2,000마일 이상을 이동하여 상대적으로 따뜻한 멕시코 중부로 이동합니다.

여러 세대에 걸쳐 본능적으로 반복되는 여정은 유충의 유일한 식량 공급원인 유즙을 잃어 개체수가 급감한 상황에서도 계속됩니다. 이제 과학자들은 그들이 가을마다 비행해야 하는 남서 방향을 결정하기 위해 사용하는 내부의 유전적으로 암호화된 나침반 군주의 비밀을 해독했다고 생각합니다.

"그들의 나침반은 남쪽 방향을 찾기 위해 하루 중 시간과 수평선에서 태양의 위치라는 두 가지 정보를 통합합니다. 전기 공학 부서.

시간과 하늘에서 태양의 위치를 ​​통합하는 제왕나비의 특성은 이전 연구에서 알려져 있지만 과학자들은 제왕나비의 뇌가 이 정보를 어떻게 수신하고 처리하는지 이해하지 못했습니다. 연구를 위해 연구자들은 어떻게 모델링하고 싶었습니다. 군주의 나침반 뇌 안에 조직화되어 있습니다.

Shlizerman은 "우리는 군주가 이러한 다양한 유형의 정보를 처리하여 이러한 지속적인 행동을 산출하는 방법을 이해하고 싶었습니다. 매년 가을 남서쪽으로 비행했습니다."라고 Shlizerman은 말합니다.

모나크는 크고 복잡한 눈을 사용하여 하늘에서 태양의 위치를 ​​모니터링합니다. 그러나 태양의 위치는 방향을 결정하기에 충분하지 않습니다. 각 나비는 또한 해당 정보를 하루 중 시간과 결합하여 어디로 가야 하는지 알아야 합니다. 다행스럽게도 인간을 포함한 대부분의 동물과 마찬가지로 군주는 핵심 유전자의 리듬 표현을 기반으로 한 내부 시계를 가지고 있습니다.

이 시계는 매일의 생리와 행동 패턴을 유지합니다. 제왕나비의 시계는 더듬이 중앙에 있으며 정보는 뉴런을 통해 뇌로 이동합니다.

생물학자들은 이전에 내부 시계를 제어하는 ​​모나크 더듬이의 리듬 패턴과 겹눈이 하늘에서 태양의 위치를 ​​해독하는 방법을 연구했습니다. 연구를 위해 저널에 게재 보고서 셀, 연구원들은 눈에서 나오는 빛 정보뿐만 아니라 시계 정보를 뇌로 전송하면서 군주의 더듬이 신경에서 신호를 기록했습니다.

최단 경로가 최선은 아닙니다.

Shlizerman은 "우리는 더듬이와 눈이 이 정보를 뇌에 보내는 방법과 같은 정보를 통합한 모델을 만들었습니다."라고 말했습니다. "우리의 목표는 뇌 내에서 작동하는 제어 메커니즘 유형을 모델링한 다음 우리 모델이 남서 방향으로 지속적인 탐색을 보장할 수 있는지 여부를 묻는 것이었습니다."

그들의 모델에서 두 개의 신경 메커니즘(하나는 억제 및 하나는 흥분)은 더듬이에 있는 시계 유전자의 신호를 제어했습니다. 그들의 모델에는 눈의 신호를 기반으로 태양의 위치를 ​​식별하는 유사한 시스템이 있습니다. 이러한 제어 메커니즘 간의 균형은 군주의 뇌가 어느 방향이 남서쪽인지 해독하는 데 도움이 될 것입니다.

그들의 모델에 따르면, 코스 수정을 할 때 군주는 단순히 루트로 돌아가기 위해 가장 짧은 회전을 하지 않는 것으로 보입니다. 그들의 모델에는 군주가 남서쪽 방향으로 향하기 위해 오른쪽 또는 왼쪽으로 돌았는지 여부를 제어하는 ​​분리 지점인 고유한 기능이 포함되어 있습니다.

“제왕나비의 시야에서 이 지점의 위치는 하루 종일 바뀝니다.”라고 Shlizerman은 말합니다. "그리고 우리 모델은 군주가 남서쪽으로 향하도록 경로를 수정할 때 이 지점을 넘지 않을 것이라고 예측합니다."

그들의 시뮬레이션에 따르면 군주가 돌풍이나 경로에 있는 물체로 인해 경로를 벗어나면 분리 지점을 건너지 않아도 되는 방향으로 회전합니다.

연구원의 모델이 제왕나비의 뇌 해부학, 생리학 및 행동과 일치하는지 여부를 확인하기 위한 추가 연구가 필요합니다. 지금까지 분리 지점과 같은 모델의 측면은 관찰된 동작과 일치하는 것으로 보입니다.

"하루 중 다른 시간에 제왕군을 대상으로 한 실험에서 진로 수정의 전환이 비정상적으로 길거나 느리거나 구불구불한 경우를 볼 수 있습니다."라고 Shlizerman은 말합니다. "분리 지점을 건너야 하기 때문에 더 짧은 회전을 할 수 없는 경우일 수 있습니다."

그들의 모델은 또한 제왕나비가 봄에 진로를 역전시켜 미국과 캐나다로 돌아가 북동쪽으로 향할 수 있는 간단한 설명을 제시합니다. 시계와 태양의 위치에 대한 정보를 전송하는 네 가지 신경 메커니즘은 단순히 방향을 바꾸면 됩니다.

"그런 일이 발생하면 나침반은 남서쪽이 아닌 북동쪽을 가리킵니다."라고 Shlizerman은 말합니다. "이 나비들이 세대를 거쳐 어떻게 이 놀라운 이동을 하는지 설명하는 것은 간단하고 강력한 시스템입니다."

미시간 대학의 Daniel Forger와 매사추세츠 대학의 James Phillips-Portillo는 국립 과학 재단과 워싱턴 연구 기금이 자금을 지원한 이 연구의 공동 저자입니다.

출처: 워싱턴 대학

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