在澳大利亚东南部的茫茫夜空下,每年春季,数以亿计的博贡蛾(Agrotis infusa)开始一次壮丽的迁徙壮举。它们从各自的繁殖地,飞越多达千公里的距离,飞向一个它们从未亲身到访过的目的地——位于澳大利亚阿尔卑斯山脉中的少数几个凉爽的洞穴中。在那里它们进入夏季休眠(即称为“aestivation”),数月后再启程返回秋季的繁殖地,完成生命周期后寿终正寝。如此神奇的长距离定向迁徙过程,背后隐藏的是博贡蛾如何借助星空进行精准导航的秘密。研究显示,这些夜间飞行的蛾类不仅借助地磁场作为指北针,还利用星空中的恒星构建了一套复杂且可靠的“星象罗盘”,实现了夜间远距离的方向辨识和迁徙定向。传统上,星象导航一直被认为是鸟类、一些哺乳动物甚至人类的专属能力。
然而,博贡蛾作为一种无脊椎昆虫首次被发现以夜空为导航工具,这开启了对昆虫迁徙能力的全新认知。博贡蛾的夜间导航依赖于它们优异的视觉系统和对星空图案的精准感知。尽管它们的复眼体积小、分辨率有限,却能够感知到夜空中星辰的亮度和排列,尤其是银河系那条明显的明亮天体带。银河系在南半球的天空中呈现为一道壮丽的光带,并且在整晚及不同季节中均保持其形状和相对位置的可预测性。博贡蛾能够捕捉这些视觉线索,将复杂的星空图案转化为方位信息,辅助其沿既定航线稳健前行。为了验证博贡蛾是否真使用星空导航,科学家将迁徙中的蛾子捕获后置于一种特制的飞行模拟器内,该装置能够真实再现自然的无月星空场景,并能够调控环境磁场。
实验结果令人信服:即使屏蔽了地磁场,这些蛾仍能够在无光的星空中指向特定地理方向,并切换季节性迁徙方向。更有趣的是,当星空图案被人为随机打乱,这些蛾则丧失了定向能力,说明它们确实依赖于星空的特定空间布局来定向。博贡蛾大脑中的视觉神经元也展示了针对夜空旋转方向的高度选择性响应,其中一些神经元呈现出明显的方向调谐特性,最大化激活时的飞行方向与蛾子朝向南方高度吻合。这表明,蛾子的神经系统内存在专门处理星空信息的神经回路,这种回路能够将星空视觉线索与地磁场信息整合,为飞行的引导提供坚实的神经基础。从生物学和神经科学的视角来看,博贡蛾的星空导航能力是一个典范,体现了生物体如何灵巧地利用自然界复杂的、不断变化的天文现象,并将其转化为可靠的导航指示。一夜之间,星座和银河的旋转并不会干扰蛾群的迁徙,可能得益于它们的时间补偿机制,能够根据时间变化调整导航策略。
这类似于某些迁徙鸟类和蝴蝶所具备的时间-空间校正机制,从而避免因地球自转导致的星空变化产生方向误差。此外,当星空被云层遮蔽,或月亮光芒暗弱时,博贡蛾能够灵活切换至地磁场罗盘,展现了双重导航机制的鲁棒性。这种多模态导航体系确保了蛾子在复杂多变的夜间环境中始终有准确的指向,不容易迷失。博贡蛾迁徙的故事不仅是一段动人的自然史传奇,也为人类的导航科学和机器人自动导航技术提供了启示。研究者欣喜地发现,在这小巧昆虫大脑中,竟潜藏着处理复杂视觉、磁感知和空间计算的神经机制,这为未来人工智能领域设计紧凑高效的导航算法提供了天然的蓝本。尽管已经取得重要发现,仍有诸多悬而未决的问题值得深入探索。
博贡蛾究竟识别星空的哪些元素?是通过辨别恒星群、辨认银河形态,还是感知其他天文现场特征?它们如何将这些信息与内部的时间感知同步,以实现精确的方位判断?大脑中哪些具体神经回路链接视觉与磁觉信息,又如何驱动飞行运动的调节和修正?此外,不同种群间,甚至不同季节的蛾子,它们的导航策略和神经解码机制是否有所差异,也仍待深入研究。对博贡蛾的迁徙航迹及其影响成因的综合研究,也有助于理解环境变化如何威胁其迁徙路径和生存,进而指导保护工作。人类活动导致的光污染、气候变化及土地开发,对夜空可视质量和磁场稳定性产生影响,均可能危及这类星空罗盘导航机制的有效性。综上所述,博贡蛾借助星空完成夜间长距离迁徙的现象,展现了生命对大自然规律的非凡适应力。它们在黑暗中飞行,凭借着遥远星辰的指引,完成一场自然界的壮丽旅行。一份跨越千公里的遥望星空的浪漫,也激励我们追寻宇宙与生命之间的千丝万缕联系,深刻理解动植物如何在星光下写就属于它们的生存奇迹。
随着科学技术的发展,期待更多跨学科研究揭开昆虫夜间导航的秘密,也为保护这白昼不可见,却鲜活跳动的星空旅者贡献智慧与力量。