Setiap musim gugur, kupu-kupu raja di Kanada dan Amerika Serikat mengarahkan sayapnya yang berwarna-warni ke arah Rio Grande dan bermigrasi lebih dari 2,000 mil ke tempat yang relatif hangat di Meksiko tengah.

Perjalanan, yang secara naluriah diulang-ulang dari generasi ke generasi, berlanjut bahkan saat angka mereka merosot karena kehilangan sumber makanan larva tunggal mereka - milkweed. Sekarang, para ilmuwan berpikir bahwa mereka telah memecahkan rahasia monarki kompas internal yang dikodekan secara genetis untuk menentukan arah barat daya yang harus mereka tumpangi setiap musim gugur.

"Kompas mereka mengintegrasikan dua informasi - waktu dan posisi matahari di cakrawala - untuk menemukan arah selatan," kata Eli Shlizerman, asisten profesor di University of Washington, yang memiliki janji bersama dalam matematika terapan dan departemen teknik elektro

Sementara sifat kemampuan kupu-kupu sang raja untuk mengintegrasikan waktu dan lokasi matahari di langit diketahui dari penelitian sebelumnya, para ilmuwan tidak pernah mengerti bagaimana otak raja menerima dan memproses informasi ini. Untuk penelitian tersebut, peneliti ingin memodelkan bagaimana kompas raja diatur dalam otaknya.

"Kami ingin memahami bagaimana raja memproses berbagai jenis informasi ini untuk menghasilkan perilaku konstan ini - terbang ke barat daya setiap musim gugur," kata Shlizerman.

Raja menggunakan mata mereka yang besar dan kompleks untuk memantau posisi matahari di langit. Tapi posisi matahari tidak cukup untuk menentukan arah. Setiap kupu-kupu juga harus menggabungkan informasi tersebut dengan waktu untuk mengetahui ke mana harus pergi. Untungnya, seperti kebanyakan hewan termasuk manusia, raja memiliki jam internal berdasarkan ekspresi berirama gen kunci.

Jam ini mempertahankan pola fisiologi dan perilaku sehari-hari. Dalam kupu-kupu raja, jam dipusatkan di antena, dan informasinya bergerak melalui neuron ke otak.

Ahli biologi sebelumnya telah mempelajari pola berirama pada antena monarki yang mengendalikan jam internal, serta bagaimana mata majemuk mereka menguraikan posisi matahari di langit. Untuk penelitian yang dipublikasikan di jurnal tersebut Laporan sel, para peneliti mencatat sinyal dari saraf antena di monarki saat mereka mengirimkan informasi jam ke otak serta informasi cahaya dari mata.

Rute terpendek bukan yang terbaik

"Kami menciptakan sebuah model yang menggabungkan informasi ini-bagaimana antena dan mata mengirim informasi ini ke otak," kata Shlizerman. "Tujuan kami adalah untuk memodelkan jenis mekanisme kontrol apa yang akan bekerja di dalam otak, dan kemudian bertanya apakah model kami dapat menjamin navigasi yang berkelanjutan di arah barat daya."

Dalam model mereka, dua mekanisme saraf - satu penghambat dan satu sinyal yang dikendalikan rangsang dari gen jam di antena. Model mereka memiliki sistem serupa untuk membedakan posisi matahari berdasarkan sinyal dari mata. Keseimbangan antara mekanisme kontrol ini akan membantu otak raja menguraikan arah mana yang berada di barat daya.

Berdasarkan model mereka, tampak juga bahwa ketika membuat koreksi mata kuliah, raja-raja tidak hanya mengambil giliran terpendek untuk kembali ke jalur. Model mereka mencakup fitur unik - titik pemisahan yang akan mengendalikan apakah raja berbelok ke kanan atau ke kiri ke arah barat daya.

"Lokasi titik ini di bidang visual kupu-kupu raja berubah sepanjang hari," kata Shlizerman. "Dan model kami memprediksi bahwa raja tidak akan melewati titik ini saat membuat koreksi arah untuk kembali ke barat daya."

Berdasarkan simulasi mereka, jika seorang raja lepas landas karena hembusan angin atau benda di jalannya, ia akan mengubah arah mana pun yang tidak memerlukannya untuk melintasi titik pemisah.

Studi tambahan perlu mengkonfirmasi apakah model peneliti konsisten dengan anomali otak kupu-kupu, fisiologi, dan perilaku. Sejauh ini, aspek model mereka, seperti titik pemisahan, tampak konsisten dengan perilaku yang diamati.

"Dalam eksperimen dengan raja-raja pada waktu yang berbeda sepanjang hari, Anda melihat kesempatan di mana koreksi belokan mereka dalam durasi yang luar biasa panjang, lamban, atau berkelok-kelok," kata Shlizerman. "Ini bisa jadi kasus dimana mereka tidak bisa melakukan putaran yang lebih pendek karena akan membutuhkan penyeberangan dari titik pemisah."

Model mereka juga menyarankan penjelasan sederhana mengapa kupu-kupu raja bisa berbalik arah di musim semi dan menuju timur laut kembali ke Amerika Serikat dan Kanada. Keempat mekanisme syaraf yang mengirimkan informasi tentang jam dan posisi matahari hanya perlu membalikkan arah.

"Dan ketika itu terjadi, kompas mereka menunjuk ke timur laut bukan di barat daya," kata Shlizerman. "Ini adalah sistem sederhana dan kuat untuk menjelaskan bagaimana kupu-kupu ini generasi demi generasi-membuat migrasi yang luar biasa ini."

Daniel Forger di University of Michigan dan James Phillips-Portillo di University of Massachusetts adalah rekan penulis studi ini, yang didanai oleh National Science Foundation dan Washington Research Fund.

Sumber: Universitas Washington

{youtube}8Y073TkHVf0{/youtube}

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon