Усы монарха до Мексики доведут

Хорошо ориентироваться в пространстве – желание не праздное как в автомобильной пробке в Москве, так и во время автомобильного тура по Европе в незнакомой стране. Человек, как известно, пользуется для навигации специальными приборами – например, компасом и картой либо навигаторами, тогда как птицы и даже маленькие хрупкие насекомые для своих ежегодных миграций находят путь самостоятельно. Такое проявление «сознания» и его биологические истоки у представителей животного мира издавна привлекали внимание ученых-нейробиологов.

На этот раз ученым удалось раскрыть секрет навигации крупных бабочек – данаида монарх. Эти насекомые ежегодно мигрируют с территории восточного побережья США в биосферный заповедник «Марипоса-Манарка» (заповедник бабочки-монарха), который находится в мексиканском штате Мичоакан, проделывая при этом путь в 3200 км. Кроме того, эти бабочки – один из немногих видов насекомых, которые могут пересечь Атлантический океан. Исследование, опубликованное в последнем номере Science, показало, что

монархи преодолевают длинные расстояния, ориентируясь не с помощью мозга, как считалось ранее, а с помощью усиков-антенн, которые выполняют функцию навигаторов.

Изначально считалось, что за способность насекомого ориентироваться по Солнцу отвечает только мозг. Однако исследователи обнаружили работу почти пятидесятилетней давности, где рассказывалось о том, что бабочки не могли достичь Мексики, если перед перелетом им отрывали усики. Поэтому они решили провести дополнительные исследования механизма навигации бабочек.

Дело в том, что для успешной навигации насекомому нужно не только регистрировать Солнце с помощью солнечного компаса, который находится в мозгу, но и делать поправку на его суточное положение. За эту функцию отвечают суточные часы – механизм, подобный регулятору наших циклов сна и бодрствования. Предполагалось, что раз компас находится в мозгу, то он и несет основную ответственность за навигацию.

Профессор Стивен Репперт из университета Медицинской школы Массачуссетса и его коллеги провели в период миграции данаид ряд экспериментов. На первом этапе они наблюдали две группы бабочек – с удаленными усиками и с целыми. Первые потерялись и не достигли Мексики, вторые долетели благополучно. Вместе с тем ученые выяснили, что удаление усиков не влияет на внутренние часы в мозгу бабочек. Это означает, что антенны на самом деле являются светочувствительным органом, который выполняет функции суточных часов, причем эти часы в усиках функционируют вне зависимости от мозга. На втором этапе исследования ученые отправили в полет группу бабочек, усики которых были покрыты темной краской. Насекомые приземлились в одном и том же неправильном месте, значит, мозг бабочки не чувствует интенсивность солнечного света, однако может самостоятельно поддерживать выбранное направление – в такой ситуации с усиков в мозг поступает неправильная информация о времени суток, поэтому мозг ориентируется по некоему «неподвижному» Солнцу. И, наконец, покрытие усиков прозрачной краской никак не помешало помеченной группе насекомых достичь своего зимнего жилья.

Это означает, что именно антенны выполняют функцию считывания интенсивности солнечного света, которая является ключевой для правильной навигации.

«Мы знали, что усики у насекомых – это очень необычный орган, ответственный не только за обонятельные функции, но и за определение направления ветра, и даже звуковых колебаний. Однако данные о том, что усики позволяют насекомому точно ориентироваться в пространстве, – это революционное открытие», – отметил Репперт, который руководил данным исследованием.

Он отметил, что за ним, несомненно, последуют новые исследования связи усиков с солнечным компасом, а также, возможно, пересмотр известных механизмов навигации у других насекомых.

Новые звезды увидели в Африке

В XVII веке великий Галилео Галилей первым посмотрел на небо в телескоп и сделал ряд революционных открытий, в частности обнаружив пятна на Солнце, горы и кратеры на Луне, кольца у Сатурна и спутники у Юпитера. Спустя четыре сотни лет астрономы освоили не только оптический диапазон, но и другие виды электромагнитного излучения. По всему миру стоят гигантские тарелки радиотелескопов, а в космосе летают телескопы, улавливающие излучение, принимать которое на Земле мешает атмосфера: инфракрасное, рентгеновское и гамма-излучение.

В общем-то, гамма-диапазон человечество стало осваивать достаточно недавно, но значение исследований в этом диапазоне электромагнитного излучения трудно переоценить.

Непосредственно гамма-кванты можно «поймать» лишь в космосе: до Земли они не доходят, встречая на своем пути атомы газов атмосферы и порождая каскады быстрых частиц. Одним из основных источников гамма-излучения в космосе являются энергичные заряженные частицы, порожденные вспышками сверхновых. Эти частицы взаимодействуют с атомами межзвездного вещества, и результатом такого взаимодействия являются каскады частиц, в том числе и гамма-фотоны сверхвысоких энергий.

Механизм генерации гамма-фотонов был подтвержден, в частности, наблюдениями остатков вспышек сверхновых на наземном гамма-телескопе HESS, расположенном в Намибии.

В коллаборацию HESS входят 12 стран (в частности туда входит Армения). России среди них нет, но российские граждане работают с этим телескопом, в частности выпускник астрономического отделения физического факультета МГУ, ныне сотрудник Института астрономии и астрофизики Тюбингенского университета (Германия), Дмитрий Клочков.

Новое исследование, проведенное с помощью этого телескопа, позволило обнаружить первый, за исключением спутника нашей галактики, Большого Магелланова облака,

внегалактический источник сильного гамма-излучения (порядка ТэВ), не являющийся галактикой с активным ядром.

Таким источником является галактика NGC 253, которая видна только в самые крупные телескопы, а на небе расположена между известной переменной звездой Мира Кита и самой яркой звездой из созвездия Южная Рыба, Фомальгаут. Эта галактика находится на расстоянии 2,6–3,9 мегапарсеков и является одной из ближайших спиральных галактик, не входящих в Местную группу (группа из более чем 40 гравитационно-связанных галактик, в число которых входят наш Млечный путь, галактика Андромеды M31 и другие). По сравнению с нашей звездной системой NGC 253 имеет более высокий темп звездообразования. Галактики с высоким темпом звездообразования характеризуются большим количеством молодых горячих массивных звезд, сверхновых, большими плотностями вещества и излучения. И так как гамма-излучение порождается остатками вспышек сверхновых, то галактики с повышенным звездообразованием должны иметь высокоэнергичное гамма-излучение.

Оно и было открыто в галактике NGC 253.

Для его обнаружения потребовались регулярные наблюдения на телескопе HESS в течение трех лет общей длительностью порядка 119 часов. Соответствующая работа опубликована в журнале Science.

Наблюдения подобных источников, которые, несомненно, ожидают нас в будущем, позволят больше узнать о происхождении гамма-излучения в частности и космических лучей в целом и оценить их параметры. Кроме того, наблюдения в гамма-диапазоне позволят подробнее исследовать процесс звездообразования и эволюции галактик, а, следовательно, и эволюции Вселенной.