Биолог Д. Андре Грин держит бабочку-монарха в открытом инсектарии в университетском ботаническом саду Маттеи. Дэрил Маршке/Мичиганская фотографияВремя пробуждения бабочек-монархов, которое, как долгое время считалось, запускается теплом и светом, на самом деле зависит от холода и внутреннего времени, показывает новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Molecular Ecology.
Этот контринтуитивный результат может иметь решающее значение для усилий по сохранению природы. Эти прекрасные бабочки находятся в опасности из-за потери среды обитания и увеличения числа сильных штормов, которые могут смести их во время миграции в южные зимние места обитания и обратно. Но изменения глобальной температуры также могут быть причиной для беспокойства.
Принято считать, что бабочки-монархи начинают двигаться с наступлением весеннего тепла. Каждую зиму монархи проходят биологический процесс, известный как диапауза, во время которого они впадают в спячку и прекращают свое развитие. Именно в такое состояние они погружаются после эпической миграции на зимовку в южные районы США и Мексики.
Полное бездействие длится всего несколько месяцев; в калифорнийской популяции, изученной в ходе исследования, монархи впадают в настоящую диапаузу в сентябре и выходят из нее в декабре. Но хотя бабочки начинают развиваться до репродуктивной зрелости после этого момента, они все еще находятся в состоянии стазиса - они двигаются и растут, но обычно остаются сидеть на деревьях до января или февраля.
Бабочки-монархи на месте зимовки в центральной Мексике. Д. Андре ГринЭто привело к предположению, что "более теплые температуры и длинные дни весны как бы пробуждают их", - говорит биолог Мичиганского университета Д. Андре Грин, соавтор нового исследования. Однако его исследование показывает, что монархов выводит из диапаузы холод, который они испытывают в декабре, по сравнению с относительным теплом осени. Это вызывает беспокойство в условиях потепления климата.
Известно, что как сигналы окружающей среды, так и гормоны являются частью процесса диапаузы у разных видов, пишут исследователи. "Недостающим звеном, однако, является то, как монархи и другие диапаузирующие виды объединяют внешние сигналы с внутренними, генетически контролируемыми реакциями, чтобы достичь специфических сезонных реакций".
Чтобы изучить это, Грин отправился на зимовку в Калифорнию. Там он поймал несколько самок монархов, уже находящихся в диапаузе, и отправил их обратно в свою лабораторию в Чикагском университете, где он был аспирантом. Там он содержал их в условиях, которые повторяли условия ноября в Калифорнии. Его целью, объясняет он, было посмотреть, что произойдет с диапаузой, если ничего не изменится во внешней среде.
Оказалось, что в этих условиях внутренний таймер монархов работает по-другому. Когда Грин и его коллеги изучили бабочек, собранных во время второй поездки в холодном декабре, они оказались более репродуктивно зрелыми, чем насекомые, которых еще держали в ноябре.
Это показывает, что температура действительно является контролирующим внешним фактором в определении диапаузы, говорит Грин, но именно холод, а не тепло, дает решающий сигнал. Находясь в относительном тепле ноября, лабораторные монархи оставались в стазисе. Декабрьский холод заставил их диких собратьев выйти из диапаузы и снова начать развитие, готовя их к миграции в места размножения.
Грин и его соавтор использовали генетические методы, чтобы выяснить, как монархи переводят сигнал окружающей среды (холод) во внутренние действия (выход из диапаузы). Они сравнили гены, которые были наиболее активны у двух групп насекомых, и обнаружили, что гены для производства ионов кальция были активны в декабре. Эта информация может помочь нам понять внутренние процессы, которые пробуждают монархов.
Энтомолог Университета штата Вашингтон Дэвид Джеймс в своем заявлении по электронной почте назвал статью "элегантной" и сказал, что ее результаты представляют собой "еще один кусочек пазла в понимании биологии и экологии монархов". Если мы хотим защитить и сохранить этих знаковых насекомых, то для начала неплохо было бы понять, как окружающий мир влияет на их рост и развитие.