پروانه‌های شهریار (Monarch butterflies) در آمریکای شمالی برای یافتن مسیر خود به سمت مکزیک از میدان مغناطیسی زمین به عنوان نقشه استفاده نمی‌کنند. آن‌ها این میدان را تنها به عنوان قطب‌نما به‌کار می‌گیرند تا جهت حرکتشان را ثابت نگه دارند. زمانی که هوا سرد می‌شود، این قطب‌نما برعکس می‌شود و مسیر بازگشت به سمت شمال فعال می‌گردد.
آزمایش‌های آزمایشگاهی
- در آزمایش‌هایی که شرایط مختلف جغرافیایی در مقایسه با زیستگاه زمستانی آن‌ها شبیه‌سازی شد، مهاجران پاییزی تحت هر شرایطی همچنان رو به سمت خط استوا پرواز کردند.
- پس از ۲۴ روز قرار گرفتن در سرمایی مشابه دمای روزهای ۵۲ درجه فارنهایت و شب‌های ۳۹ درجه فارنهایت، همان پروانه‌ها جهت خود را به سمت قطب شمال تغییر دادند.
- گروه کنترل (پروانه‌هایی که در شرایط پاییزی مانده بودند) همچنان به سمت جنوب حرکت کردند.
این تحقیق توسط گروهی از دانشمندان در دانشکده علوم زیستی دانشگاه سینسیناتی (UC) انجام شد.
نحوه عملکرد قطب‌نمای پروانه شهریار
روش تحقیق
- پژوهشگران از سیستم سیم‌پیچی هلمهولتز برای ایجاد میدان مغناطیسی مشابه زمین استفاده کردند.
- پروانه‌ها روی شبکه‌ای عمودی جهت خود را مشخص می‌کردند و این کار بدون اتکا به نشانه‌های بصری صورت می‌گرفت.
شرایط آزمایش
سه موقعیت متفاوت مورد بررسی قرار گرفت:
- سه روز پرواز به سمت جنوب از زیستگاه زمستانی
- خود زیستگاه زمستانی
- سه روز پرواز به سمت شمال
سپس جهت ترجیحی پروانه‌ها ثبت شد.
پارامتر مغناطیسی
پارامتری که مانند عرض جغرافیایی عمل می‌کند زاویه تمایل میدان مغناطیسی است؛ زاویه‌ای که خطوط میدان مغناطیسی وارد زمین می‌شوند. هر چه به سمت قطب‌ها نزدیک‌تر می‌شویم این زاویه تندتر می‌شود.
سرمای زمستان و تغییر جهت مهاجرت
پاتریک آ. گوئرا، سرپرست مطالعه، نوشت:
«کشف اینکه سرمای هوا، جهت پرواز به سمت شمال در فصل بهار را فعال می‌کند، یکی از معماهای دیرینه مهاجرت پروانه‌های شهریار را حل کرده است.»
- پژوهش‌های ده سال پیش نشان داده بودند که سرمای زمستان قطب‌نمای خورشیدی جبرانی را برعکس می‌کند؛ به این معنا که برنامه مهاجرت پاییزی به سمت جنوب، در بهار به برنامه مهاجرتی به سمت شمال تبدیل می‌شود.
- تحقیق جدید همین منطق را برای سیستم مغناطیسی تأیید کرد.
پیامدهای تغییرات آب‌وهوایی بر بقای پروانه‌ها
- افزایش دمای زمستان در مکزیک مرکزی می‌تواند مانع از فعال شدن مکانیزم بازتنظیم قطب‌نما شود.
- در صورت عدم تجربه سرمای ثابت، پروانه‌ها ممکن است در زمان مهاجرت بهاری همچنان به سمت استوا حرکت کنند و انرژی حیاتی خود را از دست بدهند.
اقدامات حفاظتی پیشنهادی
- حفاظت از پوشش جنگلی و جلوگیری از جنگل‌زدایی
- پایش تغییرات اقلیمی در مناطق زمستان‌گذرانی
- حفظ پایداری ریزاقلیم (Microclimate) زیستگاه‌های کوهستانی
قطب‌نما، نه نقشه
تفاوت با دیگر جانوران
- برخی جانوران از اطلاعات ژئومغناطیسی هم به عنوان قطب‌نما و هم به عنوان نقشه استفاده می‌کنند.
- اما در آزمایش‌ها هیچ شواهدی یافت نشد که پروانه‌های پاییزی نقشه مغناطیسی دقیق برای رسیدن به جنگل‌های کوهستانی مکزیک داشته باشند.
گونه‌های دیگر
- لاک‌پشت‌های دریایی و برخی پرندگان نقشه مغناطیسی دارند و می‌توانند مسیر خود را اصلاح کنند یا به محل خاصی بازگردند.
نشانه‌های دیگر برای پروانه شهریار
- رطوبت ثابت
- آب‌وهوای خنک و مرطوب جنگل‌های صنوبر اُیامِل در ارتفاع ۸۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ پایی
- دمای نزدیک به انجماد تا حدود ۵۹ درجه فارنهایت که به ذخیره انرژی تا فصل بهار کمک می‌کند.
قطب‌نمای مغناطیسی مستقل از خورشید
- گوئرا و همکارانش گزارش کردند که پروانه‌های مهاجر شهریار قطب‌نمای مغناطیسی بر اساس زاویه تمایل دارند که در پاییز جهت درست به سمت جنوب را حفظ می‌کند.
- در روزهای آفتابی، آن‌ها از قطب‌نمای خورشیدی استفاده می‌کنند.
- در روزهای ابری، قطب‌نمای نوری-مغناطیسی به کمکشان می‌آید.
مبانی ژنتیکی و عصب‌شناسی
- پروتئین Cryptochrome 1 (حساس به نور فرابنفش و آبی) در این فرآیند حیاتی است.
- هم شاخک‌ها و هم چشم‌ها نقش اندام‌های حساس به میدان مغناطیسی را دارند.
- سیگنال‌ها در کمپلکس مرکزی مغز یکپارچه می‌شوند؛ بخشی که اطلاعات نور و ساعت زیستی را برای جهت‌یابی ترکیب می‌کند.
سرعت و زمان‌بندی سفر
- سرعت معمول پرواز پروانه‌ها بین ۲۵ تا ۳۰ مایل در روز در شرایط مساعد است.
- مطالعات تله‌متری نشان داده‌اند که در شرایط باد مناسب، پروانه‌ای تا ۸۹ مایل در یک روز پرواز کرده است.
- شرایط آب‌وهوایی به‌ویژه باد و دما عامل اصلی سرعت و تأخیر در مهاجرت هستند.
تهدیدات آینده
- گزارش‌های فدرال هشدار داده‌اند که تغییرات اقلیمی و قطع درختان در جنگل‌های صنوبر اُیامِل، ریزاقلیم حیاتی پروانه‌ها را تهدید می‌کند و احتمال نابودی چرخه مهاجرت موفق آن‌ها را افزایش می‌دهد.
نتیجه‌گیری
تحقیقات جدید نشان می‌دهد که دما عامل کلیدی تغییر مسیر مهاجرت پروانه‌های شهریار است. این یافته نه تنها یکی از رازهای مهم طبیعت را آشکار می‌کند بلکه هشداری جدی درباره اثرات تغییرات اقلیمی بر بقای این گونه ارزشمند ارائه می‌دهد.
