Попав туда, монархи проводят несколько месяцев в диапаузе, гормонально контролируемом состоянии покоя, которое помогает выжить в зимнее время. Хотя диапауза не так впечатляет, как знаменитые ежегодные миграции, она таит в себе загадки, которые ставят в тупик ученых, изучающих биологическое время.
За несколько недель до потепления и более длинные дни сигнализируют монархам, что пора спариваться и начать весеннюю миграцию на север, внутренний таймер срабатывает, как будильник, чтобы разбудить насекомых, сообщая им, что пора прекратить диапаузу и подготовиться к критическим предстоящим событиям.
Исследования на других организмах показали, что низкие температуры могут влиять на таймер прекращения диапаузы, и биолог Д. Андре Грин подозревал, что то же самое и с монархами. Его исследование в местах зимовки монархов в центральной Калифорнии подтвердило это, а его анализ экспрессии генов помогает объяснить, как холодная температура ускоряет этот внутренний таймер.
«Эти результаты особенно интересны, потому что они обращаются к противоречивому результату: как холодная температура, которая обычно замедляет метаболизм и развитие организма, ускоряет диапаузу?? «Эта работа – одна из первых, которая дает понимание этого вопроса», – сказал Грин, научный сотрудник факультета экологии и эволюционной биологии Университета штата Вашингтон, который начал работу в Чикагском университете.
Полученные данные имеют важные последствия для монархов Северной Америки, чье население неуклонно сокращалось на протяжении десятилетий в местах зимовки, как климатические изменения, написали Грин и соавтор Маркус Кронфорст из Чикагского университета в исследовании молекулярной экологии, которое планируется к публикации.
24 июля.
«Понимание того, как на динамику диапаузы влияют экологические и антропогенные факторы в местах их зимовки, может иметь решающее значение для понимания сокращения численности населения североамериканских монархов и направления будущих усилий по сохранению, на что указывает рекордно низкое количество монархов, зафиксированных в западно-североамериканском населении монархов. в 2018 году ", – писали Грин и Кронфорст.
Полученные данные также предполагают, что монархи будут выступать в качестве важных дозорных видов для мониторинга изменений окружающей среды и нарушений в местах зимовки.
Если диапауза заканчивается слишком рано, монархи могут потерять часть защитного времени, которое обеспечивает период покоя.
Исследование Грина включало отлов самок бабочек-монархов в местах зимовки в центральной Калифорнии в ноябре 2015 года после того, как они вошли в диапаузу.
Живых насекомых вернули в лабораторию Чикаго.
Там, в экологической камере, бабочки подвергались воздействию температуры и продолжительности дня примерно в ноябре в центральной Калифорнии: 10 часов света при 63 градусах по Фаренгейту, затем 14 часов темноты при 50 градусах.
В декабре и снова в январе команда Грина вернулась на те же места зимовки, захватила вживую дополнительных женщин-монархов и отправила их в лабораторию. В дикой природе у этих пойманных зимой бабочек также были короткие дни, а ночные температуры опускались ниже 50 градусов.
Затем Грин сравнил репродуктивную зрелость разных групп, подсчитав количество яиц у каждой самки. Обилие зрелых яиц указывает на то, что у самки прекратилась диапауза, в то время как недостаток зрелых яиц указывает на то, что она все еще находится в диапаузе.
«Монархи, собранные в дикой природе в декабре, показали повышенное репродуктивное развитие по сравнению с монархами, которые были в лаборатории с ноября», – сказал Грин. "Это указывает на то, что условия окружающей среды в дикой природе – низкие температуры – ускорили работу таймера."
В рамках того же исследования Грин также проанализировал экспрессию генов в различных группах монархов, чтобы понять, как работает внутренний таймер.
Результаты показывают, что временные метки на гистонах – белках, вокруг которых вращается ДНК и которые контролируют экспрессию генов, – могут действовать как временный механизм.
Результаты также показывают, что передача сигналов кальция в голове бабочки является ключевой, потенциально связывая накопление криопротекторов в холодную погоду с внутренним таймером.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом США.S.
Служба рыбы и дикой природы и Национальные институты здравоохранения. Дикие монархи были собраны на частной территории недалеко от Писмо-Бич, Калифорния, с разрешения землевладельцев.
Грин в настоящее время работает над отдельным исследованием миграции монархов на исследовательском участке в ботаническом саду Маттеи в UM.