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通过创建模型电路并记录帝王蝶的神经活动,由华盛顿大学的研究人员领导的团队解决了自然界最大的一个谜团:昆虫如何能够每年在北美洲迁移2000多英里

据英国广播公司新闻和电讯报报道,首席研究员Eli Shlizerman教授和他的同事们开始重建这些受威胁蝴蝶的内部指南针,这些蝴蝶能够每年从加拿大西南飞往墨西哥,确切地知道去哪里

一代又一代的君主进行了这次航行,研究人员希望了解君主的先天方向感如何发挥作用,如何建立神经生物系统,以及我们可以从大脑的运作方式中吸取哪些教训

最新一期的Cell Reports杂志上发表了一篇详述其研究结果的论文

那么Shlizerman和他的合着者学到了什么

这位君主蝴蝶的内部指南针“整合了两条信息 - 一天中的时间和太阳在地平线上的位置 - 找到了向南的方向,”威斯康星大学助理教授周四在一份声明中解释道

他告诉BBC新闻说,这两种机制都直接依赖于来自太阳的输入线索

蝴蝶从加拿大迁移到墨西哥(图片来源:Thinkstock)作为他们研究的一部分,Shlizerman的团队开发了一个模型,证明君主蝴蝶的大脑如何能够利用眼睛和触角发送的信息使其达到预定的目的地

这些生物使用他们庞大而复杂的眼睛来追踪太阳的位置和位于天线中的内部时钟,以了解正确的时间

这些信息通过神经元发送到大脑,他们的模型使用两种神经机制,其中一种是抑制性的,另一种是兴奋性的,用于控制天线时钟基因发送的信号

类似的系统用于确定太阳从眼睛发出的信号的位置,这些系统的组合帮助蝴蝶的大脑确定哪个方向是西南方向

此外,该模型表明,当需要进行课程修正时,君主不一定采取最短路径回到正确的道路上

相反,该模型证明它们具有分离点,该分离点确定昆虫是否需要向右或向左转弯以朝向西南方向

如果蝴蝶偏离航向,它将固有地转向不需要它穿过分离点的方向

“这一点在君主蝴蝶的视野中的位置在一天中发生了变化,我们的模型预测,当它向西南方向进行修正时,君主不会越过这一点,”Shlizerman说

“在一天中不同时间对君主进行的实验中,你确实会看到他们在修正过程中变得非常长,慢或蜿蜒的场合

这些情况可能是因为需要越过分离点而不能进行更短的转弯

“该模型还表明,当昆虫需要在春天回到东北方向时,相同的机制会被逆转

为了使内部罗盘指向相反的方向,传递有关时间和太阳位置信息的神经连接被翻转,使得生物很容易反向完成迁移

- 图片来源:Thinkstock