Wędrówki motyli monarchy

motyl monarchaWędrówki tysięcy motyli monarchy (Danaus plexippus) z terenów Kanady i USA do zimowisk w Kalifornii i Meksyku od lat fascynują i owiane są aurą mistycyzmu. Według naukowców cały ich przebieg jest związany z precyzyjnym mechanizmem molekularnym, sterującym jak dobrze wyregulowany zegar.

Motyl monarcha należy do rodziny rusałkowatych. Jego larwy żerują na roślinach tojeściowatych. Zaatakowane wydzielają drażniący płyn dlatego są omijane przez większość potencjalnych wrogów. Najbardziej znane są z odbywania wędrówek (nawet 3 tys. km) na wspólne zimowiska. Wędrówki odbywają się w grupach do kilku tysięcy motyli. Osobniki niemigrujące charakteryzują się dość krótkim życiem około 4 tygodni, dlatego powrotem na zimowiska zajmują się osobniki dopiero 3-5 pokolenia. Na zimowiska wybierają lasy położone wysoko w górach ok. 3 tys. m. n.p.m.. Największe zgrupowania istnieją w Michoacan , w Meksyku. Grupy zajmujące nawet po kilka hektarów lasu liczą do 14 milionów osobników.

Badania nad wedrówką motyli monarchy prowadzą naukowcy z University of Massachusetts Medical School Professor and Chair of Neurobiology. Według ich pracy całym procesem wędrówek kieruje mała grupa komórek mózgowych owada.

Pierwsze prace wykazywały, iż znaczącą rolę w wędrówce motyli odgrywa rodzaj słonecznego kompasu i dobowego zegara umożliwiającego wybór odpowiedniego kierunku nawet przy zachmurzonym niebie. Okazało się, że hodując motyle w warunkach laboratoryjnych o sztucznie zmienianej długości dnia, dokonywano także zmiany czasu i kierunku ich wędrówki.

Obecne studia skupiono na grupie genów kodujących białka uczestniczące w sterowaniu całym mechanizmem. Sterują one procesem swego rodzaju pętli składającej się z tworzonych i rozkładanych białek w okresie 24 godzin.
Jednymi z tych białek są kryptochromy CRY (białka reagujące w odpowiedzi na światło), początkowo odkryte u roślin, później stwierdzone także u muszki owocowej i myszy. Chociaż u badanych gatunków działają one na nieco odmiennych zasadach, zawsze powiązane są z rytmami okołodobowymi.
Szczegółowe badania genetyczne wykazały, że u monarchy białko to występuje w dwóch formach. O ile forma CRY jest bardziej podobna do tego u muszki owocowej to CRY2 przypomina białko myszy. Białko CRY związane jest z reakcją na światło i rozpoczynaniem lotów, a CRY2 z reakcją utrzymywania w działaniu całego zegara (sam zegar uruchamiany jest przez światło docierające do oczu myszy). U monarchy CRY2 odpowiada także za prawidłowe sprzężenie działania zegara rytmów okołodobowych i kompasu słonecznego. Badania wykazały także, że CRY2 funkcjonuje przy szlaku nerwowym pomiędzy działaniem rytmów okołodobowych a kompasu słonecznego. Oba te mechanizmy są niezbędne do dobrego orientowania się w czasie wędrówek, niezależnie od położenia słońca na niebie.

Występowanie dwóch białek zwraca także uwagę na aspekt ewolucyjny. Oznacza, że funkcjonowanie rytmów okołodobowych może rozwijać się inaczej u różnych owadów i ssaków.
Równocześnie naukowcy dokonali porównania ekspresji (aktywności) genów w mózgu motyli wędrujący i niewędrujących. Używając do tego specyficznych znaczników (expressed sequence tag - EST), umożliwiających rozpoznanie genów biorących udział w migracji. Łącznie zidentyfikowano około 10000 EST aktywnych przy migracji, stanowiących ponad 50% genów motyla. Dalsze prace trwają nad analizą i katalogowaniem wszystkich zidentyfikowanych genów. Prace te pomogą lepiej poznać mechanizmy migracji i orientowania się zwierząt w terenie oraz pomogą przy opracowaniu znaczników do rozpoznawania poszczególnych populacji monarcha lub nawet osobników. Podjęto także badania z SymBio Corporation of Menlo Park pracującym nad odczytaniem całego genomu motyla.

Wędrujące na zimę gatunki motyli żyją także w Polsce, np. rusałko osetnik (Cynthia cardui), w sierpniu zaczyna wędrówkę na południe Europy i wraca do nas w kwietniu. Niektóre z osobników docierają, aż do północnej Afryki. Inne odlatujące od nas na zimę motyle to m.in. rusałka admirał (Vanessa atalanta), szlaczkoń sylwetnik (Colias crocea), fruczak gołąbek (Macroglossum stellatarum).

Źródła:
- eurekalert.org, 07.01.2008r., Scientists discover molecular basis of monarch butterfly migration,
- sciencedaily.com, 09.01.2008r., Molecular Basis Of Monarch Butterfly Migration Discovered.