现在正是数百万帝王蝶将墨西哥米却肯州森林变成翻腾的橙黑海洋的时候。随着气温下降，它们会减少活动，最终聚集在一起，等待冬天过去。它们值得休息。毕竟，每只蝴蝶都起源于美国北部或加拿大，并飞行了长达 3000 英里才到达这个温暖的异乡。
更令人印象深刻的是，帝王蝶在没有 GPS 或甚至老式地图的导航下进行年度迁徙。而且它们无法向父母询问最佳路线；由于寿命短，五代帝王蝶中只有一代会迁徙。难怪它们是唯一一种已知会进行双向迁徙的蝴蝶，就像候鸟一样。
不幸的是，气候变化和森林砍伐现在引发了对这种独特现象可能消失的担忧。根据墨西哥政府和世界自然基金会的最新报告，在墨西哥越冬的帝王蝶所占的森林面积几十年来一直在稳步下降。从 2018 年冬季的近 15 英亩减少到次年冬天的 7 英亩。去年，蝴蝶只占据了大约 5 英亩的面积。
这一切都引出了一个问题：它们如何在艰苦的旅程中找到方向？科学家们一直在努力揭开帮助引导这些令人难以置信的昆虫的内部导航技术。我们对帝王蝶如何进行年度向南迁徙的了解越多，我们可能就会发现它们沿途面临的许多障碍。
内部时钟
正如人们所预料的那样，太阳在导航中扮演着重要的角色——无论是对人类还是对帝王蝶。但太阳是一个移动的目标，除非你也知道一天中的时间，否则它在天空中的位置意义不大。虽然我们已经开发出像手表和手机这样的有用工具来做到这一点，但帝王蝶必须通过其他方式来追踪时间。
研究人员最近发现，大多数帝王蝶在太阳在地平线上约 57 度时开始飞行，无论它们是从加拿大的温尼伯还是堪萨斯州的劳伦斯出发。根据他们 2019 年发表在《Frontiers in Ecology and Evolution》杂志上的研究，该团队进一步确定有一个飞行机会窗口（当中午的太阳在 57° 到 48° 之间时）。
长期以来，科学家们一直猜测在帝王蝶大脑的某个地方，与它们所有的导航电路一起，有一个神秘的内部时钟在滴答作响。但这个理论在 2009 年被马萨诸塞大学陈医学院的一组神经生物学家推翻了，他们发现它位于昆虫身体的另一个部分：触角。
在他们的研究中，研究人员剪掉了飞往墨西哥的帝王蝶的触角，令人惊讶的是，它们在飞行模拟器中迷失了方向——飞行模拟器是一个带有横杆的巨大圆柱形容器，蝴蝶被束缚在其中。它们没有向南飞，而是朝着完全随机（但仍然稳定）的方向飞去。研究人员重复了实验，这次用油漆堵住了昆虫的触角以阻止阳光照射，而不是剪掉它们，并看到了类似的结果。它们的内部时钟仍在滴答作响，但由于没有被太阳重置而失准。如果你曾经忘记根据夏令时调整时钟，你就能大致体会到那种感觉。
“这是触角时钟可以直接调节大脑功能的第一个证据，”主要作者 Steven Reppert 在 2009 年接受《Nature》杂志采访时表示。这还表明，蝴蝶的迁徙能力比最初认为的要复杂得多——来自昆虫眼睛的视觉信息，以及来自其触角时钟的信息，使它的大脑能够充当一个时间补偿的“太阳罗盘”。通过这种方式，帝王蝶巧妙地将一天中的时间与地平线上的太阳位置相结合，从而在世界中找到自己的方向。
太阳罗盘
事实证明，这个时间补偿的太阳罗盘并非一直有效。根据德国维尔茨堡大学尤利乌斯·马克西米利安大学生物技术中心的 Jerome Beetz 和 Basil el Jundi 领导的研究团队的说法，它只在蝴蝶开始飞行时才建立。在上个月发表的一项研究中，研究人员将帝王蝶固定在飞行模拟器上，并用绿色的光点模拟太阳的位置。在飞行过程中，他们用超细微电极监测帝王蝶的大脑活动；之前的类似研究只在被束缚的蝴蝶身上进行过。
“令人惊讶的是，神经元在飞行过程中改变了它们的编码策略，这样神经网络就可以像指南针一样表示蝴蝶相对于太阳的方向，”Beetz 在最近的新闻稿中说。“这只发生在动物能够控制自己的飞行方向时。”直到现在，人们一直认为太阳罗盘一直在工作，无论昆虫是处于静止、行走还是飞行状态。
“我们的出版物独特地证明了，即使是大如米粒的大脑也是一个高度复杂的器官，它能使昆虫执行如此惊人的行为，”Beetz 说。“对于我们人类来说，没有现代导航设备的长途迁徙是难以想象的，这也是我着迷于这些神秘蝴蝶的主要原因之一。”
昆虫的本能
Alana Wilcox 是一位研究加拿大圭尔夫大学帝王蝶的保护生物学家，她也怀有同样的着迷。今年早些时候，她和同事们发表了一项研究，该研究表明太阳罗盘的发展不依赖于蝴蝶是如何饲养的。相反，它是它们天生的本能。根据他们的研究，即使是在实验室环境中完全饲养的蝴蝶，在野外释放后也能找到南方的方向。
为了进行测试，研究人员为一组在实验室饲养的帝王蝶（野生捕获的父母的后代）安装了微型无线电发射器，将它们释放到野外，并通过一个由 100 多个自动遥测塔组成的阵列进行追踪。“看到帝王蝶戴着发射器飞行真是太棒了，但我更期待的是返回的数据，”Wilcox 说。数据显示，在 29 只可靠探测到的蝴蝶中，除了一只之外，都从它们的释放点朝预期的南偏东南方向飞行，并在距离高达 125 英里处被探测到。
它还表明，在野外释放的圈养帝王蝶能够存活下来。先前的研究曾警告说，圈养帝王蝶的迁徙成功率低于野生帝王蝶——但 Wilcox 并不同意。她说，虽然被圈养可能会暂时使蝴蝶迷失方向，但它们在接触到自然阳光等环境线索后，很可能会重新建立它们的导航系统。
这对北美数千名业余爱好者和教育工作者来说是个好消息，他们每年都会从野外收集帝王蝶卵或幼虫在室内饲养。事实上，这已经成为一项越来越受欢迎的活动，并且可能有很多好处：尽管它对直接补充野生种群的作用很小，但可以说它在提高人们对帝王蝶保护工作的认识方面发挥了很大作用。
