Co roku jesienią miliony monarszek księżnych (Danaus plexippus) podejmują spektakularną podróż: nawet do 3 tys. kilometrów z Kanady i Stanów Zjednoczonych do gór środkowego Meksyku. Tam spędzają zimę, by wiosną wrócić na północ. To jedno z najbardziej znanych zjawisk migracyjnych w świecie przyrody. Nowe badania opublikowane w czasopiśmie "PLOS One" pokazują jednak, że ten cykl jest bardziej kruchy, niż sądziliśmy.
"Pytanie brzmiało: skoro wędrówkę na południe napędza kompas słoneczny i magnetyczny, to co sprawia, że na wiosnę motyle ruszają z powrotem na północ? Nie byliśmy pewni, co uruchamia ten mechanizm" - mówi Patrick A. Guerra, neuroekolog i współautor pracy, w rozmowie z Gizmodo.
Zobacz również:
Naturalne kompasy motyli zaczynają wariować
Danaus plexippus, czyli monarszka księżna, to wędrowny motyl z rodziny rusałkowatych (Nymphalidae), w języku polskim nazywany także danaidem wędrownym lub monarchą. Gatunek zasłynął dzięki niezwykłym, wielopokoleniowym migracjom w Ameryce Północnej.
Co roku jesienią miliony osobników pokonują nawet 3 tys. kilometrów, by dotrzeć do zimowisk w górach środkowego Meksyku, a wiosną kolejne pokolenia wracają na północ. Monarszki księżne wyróżniają się intensywnie pomarańczowymi skrzydłami z czarną siatką żyłek i białymi plamkami na obrzeżach. Dorosłe motyle żywią się nektarem kwiatów, a gąsienice odżywiają się liśćmi trojeści (Asclepias), w których gromadzą toksyczne glikozydy nasercowe, czyniące je niejadalnymi dla większości drapieżników.
Monarchy dysponują dwoma niezależnymi systemami orientacji. Głównym jest tzw. kompas słoneczny, który pozwala im określać kierunek na podstawie pozycji Słońca i rytmu dobowego. W pochmurne dni motyle korzystają z rezerwowego mechanizmu: kompasu magnetycznego, opartego na odczytywaniu linii ziemskiego pola magnetycznego.
Jesienią, gdy temperatury spadają, oba systemy ustawiają się na południe, prowadząc owady do Meksyku. Tam przez kilka miesięcy hibernują w chłodnych, górskich lasach. "To jakby zimowały w lodówce" - obrazowo opisuje Guerra. Poprzednie badania wykazały, że długotrwała ekspozycja na niskie temperatury "przestawia" kompas słoneczny tak, by wiosną wskazywał północ. Najnowsza praca pokazuje, że podobnie działa to w przypadku kompasu magnetycznego.
Zespół badawczy przeprowadził serię eksperymentów na motylach schwytanych w rejonie Cincinnati. Owady poddawano testom orientacyjnym w sztucznie wytwarzanych polach magnetycznych, które odtwarzały warunki geograficzne na południe i północ od miejsc zimowania.
Okazało się, że jesienne migrujące monarsze kierowały się ku południowi, nawet jeśli znajdowały się w polach symulujących rejon poza Meksykiem. Gdy jednak te same osobniki poddano kilkutygodniowej ekspozycji na niską temperaturę, imitującą zimowe warunki w górach Meksyku, zmieniły kierunek i zaczęły orientować się na północ.
"To dowód, że tak jak kompas słoneczny, także kompas magnetyczny jest kalibrowany przez zimno" - podkreśla Guerra.
Biologiczna "zegarowa bomba"
Naukowcy zwracają uwagę, że oba mechanizmy kompasowe monarchów, słoneczny i magnetyczny, dostosowują się do kierunku migracji wyłącznie dzięki długotrwałemu chłodowi. Innymi słowy, jeśli w Meksyku zimy będą zbyt ciepłe, owady nie otrzymają sygnału do zmiany kursu.
"Cała ich zdolność do nawigacji jest zsynchronizowana ze środowiskiem, w którym zimują" - tłumaczy Guerra. Tymczasem globalne ocieplenie powoduje wzrost średnich temperatur także w środkowym Meksyku. To poważne zagrożenie dla cyklu migracyjnego, który utrzymuje populację tego gatunku.
Zespół autorów pracy podkreśla, że konieczne jest ustalenie progowych wartości temperatur, które muszą wystąpić, aby motyle mogły skutecznie "przeprogramować" swoje kompasy. Na razie pozostaje to niewiadomą.
Zobacz również:
Migracja bez mapy
Badania opublikowane w "PLOS One" wykazały również, że motyle nie korzystają z pola magnetycznego jako szczegółowej mapy pozwalającej na precyzyjne zlokalizowanie miejsc zimowania. W odróżnieniu od żółwi morskich czy łososi, które potrafią powrócić do miejsca urodzenia, owady nie wykazują zdolności do wykorzystywania tzw. mapy geomagnetycznej.
W testach orientacyjnych motyle ustawione w polach symulujących różne lokalizacje - zarówno na północ, jak i na południe od meksykańskich gór - zawsze orientowały się na południe w okresie jesiennym. Nie wykazały zdolności do rozpoznawania, że "przesadziły" z dystansem. Oznacza to, że pole magnetyczne pełni dla nich jedynie funkcję prostego kompasu, a nie złożonego GPS.
Prawdopodobnie zatrzymanie się w konkretnych miejscach zimowania jest wynikiem kombinacji innych wskazówek - wizualnych, zapachowych czy temperaturowych.
Motyle mogą zgubić drogę do domu
Obok zmian klimatycznych istotnym zagrożeniem dla monarchów jest degradacja lasów, w których zimują. W Meksyku ich schronieniem są wysokogórskie drzewostany jodły Abies religiosa. Wycinanie i fragmentacja tych lasów zmniejszają powierzchnię kolonii, które zapewniają owadom korzystne mikroklimaty.
Według danych opublikowanych w czasopiśmie Biological Conservation powierzchnia zajmowana przez zimowe kolonie monarchów zmniejszyła się od lat 90. XX w. o ponad 80 proc. W rekordowo złym sezonie 2013-2014 motyle zajmowały zaledwie 0,67 ha lasu - najmniej od początku monitoringu.
Naukowcy ostrzegają, że jeśli zabraknie zarówno odpowiednich temperatur, jak i odpowiedniego siedliska, cykl migracyjny monarchów może zostać trwale przerwany. To szczególnie niepokojące, bo populacja wschodnia - licząca setki milionów osobników - już od dekad doświadcza spadków liczebności.
Monarchy od lat uznawane są za gatunek wskaźnikowy, ilustrujący wpływ globalnych zmian klimatycznych i utraty siedlisk na wędrówki zwierząt. Ich migracja jest też zjawiskiem kulturowym, szczególnie w Meksyku, gdzie zbiega się z obchodami Dnia Zmarłych.
"Jeśli ocieplenie klimatu zakłóci zimową hibernację, motyle mogą dosłownie zgubić drogę do domu" - podsumowują autorzy badania. W szerszym kontekście badania nad motylami pokazują, jak wrażliwe na temperaturę są mechanizmy migracyjne wielu gatunków. Od ptaków, przez ryby, po owady - wszystkie wykorzystują różne kombinacje sygnałów środowiskowych. Wzrost średnich temperatur może zakłócić te naturalne zegary i kompasy, zagrażając ciągłości wędrówek.
