袋熊飞蛾（学名Agrotis infusa）是一种生活在澳大利亚的独特迁徙昆虫。每年春天，亿万袋熊飞蛾都会离开低海拔地区，沿着严格的迁徙路径飞行长达一千公里以上，前往澳大利亚东南部山区的几个特定高山岩洞中度夏，实施所谓的夏眠（休眠 aestivation）。紧接着，秋季时这些飞蛾再双向回返故地完成繁殖，繁殖之后寿终正寝。奇妙的是，它们这种迁徙行为完全是先天遗传的，迁徙路线和目的地都是飞蛾自身从未亲历过的环境。这样的天赋导航能力令生物学家尤其关注。近年来，科学家们通过创新的飞行模拟器和精密的神经生理实验，确认袋熊飞蛾在夜晚利用星空作为方向罗盘，辅以地球磁场信息，形成一个强大的多重导航系统，完成长距离的精准迁徙。
夜间迁徙的挑战和星辰导航的优势 夜晚的黑暗和复杂的环境因素例如云层遮蔽、月光变化，使得对昆虫而言，准确判断迁移方向极具挑战。对于袋熊飞蛾来说，依赖视觉标志物难度更大，因为这种长距离迁徙覆盖地貌多变的数百公里范围，昆虫很难单靠记忆或视觉固定地标完成路径导航。正因如此，天体导航就成了极具优势的方式。星星的分布位置和银河系的明暗形态固定且可预测，对飞蛾提供了稳定的方向线索。其实，天空恒星的位置信息早已被多种动物所利用，如鸟类、甲虫甚至人类祖先，作为复杂迁徙或定向的天然指南。 科学家们如何确定袋熊飞蛾使用星空导航 为了探索袋熊飞蛾是否真的借助星空导航，研究团队设计了多种行为实验和神经记录技术。
首先，在澳大利亚东南山区捕获正值迁徙期的飞蛾，使用改良版的“Mouritsen–Frost飞行模拟器”，即一款允许飞蛾自由飞行方向的圆柱形透明飞行舱。通过观察飞蛾在月光熄灭、星空清晰的无云夜晚的定向表现，科学家发现飞蛾能准确指向其季节性迁徙方向：春季南行，秋季北返。更令人惊讶的是，当模拟的星空被旋转180°时，飞蛾们也随之调整朝向，飞向反方向。同时，通过映射随机星星位置的星空，飞蛾则表现为无序飞行，无法保持固定方向，充分显示飞蛾依赖星座的特定空间分布来定位导航。 地磁场与星空复合导航系统 星空并非飞蛾唯一的导航依据。实验中，当飞蛾在自然环境下遇到厚重云层遮挡星空与月亮时，它们依然能保持方位，表明依靠另一种指南——地球磁场实现导航。
补充实验通过在实验室内使用三轴Helmholtz线圈系统生成几乎为零的磁场干扰，验证了磁感受系统的有效性。由此推断，袋熊飞蛾大脑构建了一个集成磁力和视觉星空信息的导航系统，保证不论星空或磁场信号何时缺失，飞蛾都能依赖剩余的导航线索顺利定位迁徙方向。 神经生理研究揭示星辰罗盘的生物机理 科学家们进一步进入袋熊飞蛾大脑内部，通过细胞记录技术（细胞内膜电位记录）捕获视觉介导的神经元对旋转星空图谱的响应。研究发现在飞蛾大脑的视觉处理区及中央复杂体（central complex）和侧副脑区（lateral accessory lobes）中存在多类视觉神经元，它们对夜空旋转方向展现不同的激活模式：单峰激活、单峰抑制、旋转方向选择性激活等。令人关注的是，这些神经元大多在飞蛾朝向南方时达到最大激活，展现出了一套对特定星空方向高度敏感的神经编码。 此外，这些神经元的空间响应与实验观察到的飞蛾行为紧密对应，且在将星空图像打乱重新随机排列时，神经元的响应立即丧失，说明它们在解码特定空间特征和形状方面起关键作用，非简单的光点运动检测。
这些发现持续深化了对昆虫星辰导航感知和处理机制的理解，也为跨物种导航机制的比较研究提供了新颖视角。 星空哪些特征为飞蛾所用？ 虽然星星是明显的导航信号来源，但是由飞蛾体型和视觉分辨率限制，是否能识别单个恒星尚不确定。研究指出，更为可见和显著的是银河系的带状光轨，这条星光带在南半球尤为明亮且固定。飞蛾大脑对银河系亮点如船底座星云（Carina nebula）等区域表现出较强反应，说明银河形状和其明亮区域可能是飞蛾星辰罗盘导航的核心部分。银河的恒定性质便于飞蛾在整个迁徙季节对夜空构图产生稳定的方向判断能力，这可能帮助它们应对星星渐进移动和季节性星空变化的复杂挑战。 多感官整合保障迁徙鲁棒性 自然环境中的光照和气象条件千变万化。
袋熊飞蛾智慧地融合利用星空视觉信息和地磁信息，形成相互备用且交叉校正的多重导航系统。例如，在云层遮挡夜空时，飞蛾依赖地磁罗盘维系方位；星空晴朗时，则优先借助视觉线索保持长距离迁徙路线方向。这种导航系统显著增加了迁徙的成功率和稳定性，确保个体能够抵达从未踏访过的遥远目的地。 迁徙导航研究的生态和保护意义 袋熊飞蛾不仅是澳大利亚生态系统中的关键物种，其迁徙活动对高山岩洞生态环境和众多掠食者构建重要生态联系。由于栖息地破坏和气候变化威胁日益加剧，促进对其迁徙和导航机制的深入理解，有助于生态保护和生物多样性维护。 此外，揭示袋熊飞蛾如何利用宇宙环境信息导航，也对启发人工导航技术、夜间无人机路径规划和生物启发式传感器开发等智能工程应用方向有潜在价值。
未来研究前景 尽管厘清了袋熊飞蛾星辰导航的证据和神经基础，但其完整的信息处理路径、内在时钟补偿机制以及导航信号的多层级整合方式还有待阐明。有待揭示其是否具备类似鸟类的时间补偿星空罗盘，能否根据时间预测星星位置，实时调整方向。此外，飞蛾如何结合地磁信息与星空视觉建立目标航向，也需要更深层次的神经回路和分子机制研究。结合神经成像、遗传操控及行为监测等多领域手段，将进一步推进对这神奇生物的科学认知。 综上所述，袋熊飞蛾作为一类具备迷人且复杂夜间长途迁徙能力的生物，不仅拓展了我们对昆虫导航策略的认知边界，也展示了大自然巧妙适应环境挑战的智慧结晶。它们利用星空罗盘和地磁罗盘实现精准迁徙，是自然界中对空间导航与神经计算完美结合的典范，对于科学探索和生态保护均具有重要意义。
未来对这些小型夜航者的持续关注，将揭示更多关于生命智能和迁徙进化的奥秘。
