夜行性昆虫导航之谜：Bogong蛾利用星象罗盘完成长距离迁徙的神经机制

为解决夜间迁徙昆虫如何导航这一科学难题，研究人员通过飞行模拟器和电生理技术，首次揭示Bogong蛾利用银河系特征构建"星象罗盘"的神经机制。该研究发现蛾类脑内存在特化神经元群，能解码夜空方位并与地磁信号协同导航，为理解无脊椎动物长距离迁徙提供了新范式，发表于《Nature》。

　　

每当南半球春季来临，数以亿计的Bogong蛾(Agrotis infusa)便会展开一场史诗般的迁徙之旅。这些夜行性昆虫从澳大利亚东南部的繁殖地出发，跨越上千公里从未涉足的陌生地域，精准抵达阿尔卑斯山脉中有限的凉爽洞穴进行夏眠。更令人惊叹的是，经历3-4个月休眠后，同一批个体又能准确返回出生地繁殖后代。这种跨越生命周期的精准导航行为，长期以来困扰着科学家们——在缺乏地标参考的夜间环境中，这些微小的大脑如何实现如此精确的定向导航？

传统理论认为，夜行性昆虫主要依赖月光偏振或地磁场导航。然而，Bogong蛾的迁徙行为在无月之夜依然持续，且地磁场扰动时仍能保持方向感，暗示存在更复杂的导航机制。银河系作为南半球夜空最显著的天文特征，其稳定的空间分布和可预测的运动轨迹，使其成为潜在的导航"路标"。但此前从未在无脊椎动物中发现利用恒星识别地理方位的能力，更不清楚其神经机制。

来自瑞典隆德大学、德国奥尔登堡大学等国际团队的研究人员，通过整合行为学、神经生物学和物理模拟等多学科手段，首次揭示Bogong蛾利用银河系构建"星象罗盘"的神经机制。研究团队在自然栖息地建立无磁性实验室，采用改良的Mouritsen-Frost飞行模拟器记录迁徙方向，结合三维亥姆霍兹线圈系统控制地磁场环境。通过投影自然夜空刺激，采用细胞内记录技术解析视觉通路神经元的方位编码特性，发现特化的方向选择性神经元构成星象罗盘的神经基质。该成果发表于《Nature》杂志。

关键技术包括：(1)非磁性飞行模拟器记录春/秋两季迁徙方向；(2)三维亥姆霍兹线圈系统实现地磁场精确调控；(3)Stellarium软件模拟自然夜空刺激；(4)细胞内记录与神经示踪技术解析脑区功能；(5)基于最大似然估计的环形统计学分析。实验样本来自澳大利亚新南威尔士州野外捕获的迁徙个体。

【星象导航的行为证据】
研究人员在自然夜空下测试秋迁蛾类时发现，无论恒星位置如何变化（3小时跨度），95只个体始终保持北向飞行（α=5°→355°）。在完全阴天时，44只蛾类仍能维持北向导航（α=13°），表明地磁场可作为备用罗盘。关键实验显示，在屏蔽地磁场后，春迁蛾类在模拟星天下显著南飞（n=70,α=168°），秋迁个体则北飞（n=54,α=341°）。当夜空旋转180°时，飞行方向相应反转187°（春）和174°（秋），而随机星图则导致完全迷失方向（P>0.3），确证星象模式而非光强是导航关键。

【神经机制解析】
在电生理实验中，28个视觉神经元显示出四种响应模式：单峰兴奋型、单峰抑制型、旋转方向选择性单峰型和双峰型。这些神经元主要分布在视叶、中央复合体(CX)和侧副叶(LAL)，其中18个单峰细胞的最大激活方向均指向南方（α=171°±35°）。值得注意的是，当用人工刺激模拟银河系特征（旋转光点代表船底座星云，光带模拟银河主体）时，神经元表现出与自然星空相似的方位调谐特性。双峰型细胞（见于LAL区）可能参与转向控制，而CX区神经元则可能编码航向信息。

【导航控制系统】
研究表明Bogong蛾采用"双罗盘"策略：星象罗盘通过特化神经元解码银河方位，地磁罗盘则在阴天时接管导航。这种冗余设计能应对磁场扰动（如磁暴）或云层遮挡。神经环路分析显示，来自视叶的信息在CX进行空间整合，LAL则产生转向指令。特别在CX的扇形体内，可能存在类似果蝇"航向环"的神经网络，将恒星方位、季节信号和时间信息整合为迁徙航向。

这项研究首次在无脊椎动物中发现基于恒星的真正地理导航能力，革新了对昆虫空间认知的理解。其科学意义在于：(1)揭示星象-地磁双罗盘协同机制，为动物导航系统进化提供新见解；(2)发现特化神经元群通过解码银河特征构建空间地图，拓展了微型脑复杂计算的认知边界；(3)迁徙昆虫作为全球变化指示物种，其导航机制研究有助于预测物种分布变迁。在应用层面，该成果为仿生导航算法设计提供了神经原型，特别是对GPS失效环境下的自主导航系统开发具有启示意义。

David Dreyer等学者通过精湛的实验设计，将行为生态学与系统神经科学完美结合，不仅解答了Bogong蛾的导航之谜，更开辟了无脊椎动物空间认知研究的新范式。正如作者所言，这种"神经罗盘"如何整合多模态感觉信息、如何随季节重置航向、以及幼蛾如何继承导航程序等问题，仍是未来研究的迷人方向。这项发表于《Nature》的工作，为探索动物迁徙这一生命奇迹提供了全新的研究框架。