Vissa monarkfjärilar migrerar inte

Monarkerna är bäst kända för sin otroliga, långa avstånd från så långt norr som Kanada till sina övervintringsområden i Mexiko. Men visste du att dessa nordamerikanska monarkfjärilar är de enda som migrerar?

Monarkfjärilar (Danaus plexippus) bor också i Central- och Sydamerika, i Karibien, Australien och till och med i delar av Europa och Nya Guinea. Men alla dessa monarker är stillasittande, vilket betyder att de stannar på ett ställe och inte migrerar.

Forskare har länge antagit att de nordamerikanska migrerande monarkerna härstammade från en stillasittande befolkning, och att denna grupp av fjärilar utvecklade förmågan att migrera. Men en ny genetisk studie antyder att det motsatta kan vara sant.

Forskare vid University of Chicago kartlade monarkgenomet och tror att de har fastställt genen som är ansvarig för migrerande beteende i de nordamerikanska fjärilarna. Forskarna jämförde över 500 gener i både migrerande och icke-migrerande monarkfjärilar och upptäckte bara en gen som är konsekvent annorlunda i de två monarkpopulationerna. En gen känd som kollagen IV α-1, som är involverad i bildandet och funktionen av flygmuskler, uttrycks i kraftigt reducerade nivåer i de migrerande monarkerna. Dessa fjärilar konsumerar mindre syre och har lägre ämnesomsättning under flygningar, vilket gör dem mer effektiva flygplan. De är bättre utrustade för långväga resor än sina stillasittande kusiner. Icke-migrerande monarker, enligt forskarna, flyger snabbare och hårdare, vilket är bra för kortvarig flygning men inte för en resa på flera tusen mil.

University of Chicago-teamet använde också denna genetiska analys för att titta på monarkens förfäder och drog slutsatsen att arten faktiskt har sitt ursprung i den migrerande befolkningen i Nordamerika. De tror att monarkerna spriddes över havet för tusentals år sedan, och varje ny befolkning förlorade sitt migrerande beteende oberoende.

_källor:

• _{Monarch Butterfly, Danaus plexippus Linné, av Andrei Sourakov, University of Florida IFAS Extension. Åtkomst online 8 juni 2015.}
• _{Monarkens fjärils genetiska hemligheter avslöjade, University of Chicago Medicine, 2 oktober 2014. Åtkomst online 8 juni 2015.}

Volontärer - vanliga medborgare med intresse för fjärilar - har bidragit med mycket av de uppgifter som hjälpte forskare att lära sig hur och när monarker migrerar i Nordamerika. På 1940-talet utvecklade zoolog Frederick Urquhart en metod för att märka monarkfjärilar genom att fästa en liten självhäftande etikett på vingen. Urquhart hoppades att genom att markera fjärilarna skulle han ha ett sätt att spåra deras resor. Han och hans fru Nora taggade tusentals fjärilar, men insåg snart att de skulle behöva mycket mer hjälp för att märka tillräckligt med fjärilar för att ge användbar information.

År 1952, Urquhartsen rekryterade sina första medborgare forskare, frivilliga som hjälpte märka och släppa tusentals monark fjärilar. Personer som hittade taggade fjärilar ombads att skicka sina fynd till Urquhart, med information om när och var monarkerna hittades. Varje år rekryterade de fler volontärer, som i sin tur taggade fler fjärilar, och långsamt började Frederick Urquhart att kartlägga de vandringsvägar som monarkerna följde under hösten. Men vart skulle fjärilarna?

Slutligen, 1975, ringde en man vid namn Ken Brugger Urquharts från Mexiko för att rapportera den viktigaste observationen hittills. Miljontals monarkfjärilar samlades i en skog i centrala Mexiko. Flera decennier av data som samlats in av frivilliga hade lett Urquharts till de tidigare okända övervintringsområdena för monarkens fjärilar.

Medan flera taggningsprojekt fortsätter idag finns det också ett nytt medborgarevetenskapsprojekt som syftar till att hjälpa forskare att lära sig hur och när monarkerna kommer tillbaka på våren. Genom Journey North, en webbaserad studie, rapporterar volontärer platsen och datumet för deras första monarkvisningar under vår- och sommarmånaderna.

Är du intresserad av frivilligt att samla in data om monarkmigrationen i ditt område? Läs mer: Volontär med ett Monarch Citizen Science-projekt.

_källor:

• _{Dr. Fred Urquhart - In Memoriam, Monarch Watch, University of Kansas. Åtkomst online 8 juni 2015.}
• _{Tagga monarker, Monarch Watch, University of Kansas. Åtkomst online 8 juni 2015.}
• _{Hösten migration flyways av monark fjärilar i östra Nordamerika avslöjats av medborgare forskare, Elizabeth Howard och Andrew K. Davis, Journal of Insect Conservation, 2008. (PDF) Åtkomst online 8 juni 2015.}
• _{Dokumentera vårrörelserna av monarkfjärilar med resan norr, en medborgarvetenskap Program, av Elizabeth Howard och Andrew K. Davis. In Monarch Butterfly Biology & Conservation, av Karen Suzanne Oberhauser och Michelle J. Solensk.}

Upptäckten av vart monarkfjärilarna gick varje vinter väckte omedelbart en ny fråga: hur hittar en fjäril vägen till en avlägsen skog, tusentals mil bort, om den aldrig varit där innan?

Under 2009 upptäckte ett team av forskare vid University of Massachusetts en del av detta mysterium när de visade hur en monarkfjäril använder sina antenner för att följa solen. I decennier trodde forskare att monarkerna måste följa solen för att hitta vägen söderut, och att fjärilarna justerade sin riktning när solen rörde sig över himlen från horisonten till horisont.

Insektsantenner hade länge förståts fungera som receptorer för kemiska och taktila signaler. Men UMass-forskarna misstänkte att de kan spela en roll i hur monarkerna bearbetade ljuskronor när de också migrerade. Forskarna satte monarkfjärilar i en flygsimulator och tog bort antennerna från en grupp fjärilar. Medan fjärilarna med antenner flög sydväst, som vanligt, gick monarkerna sans antenner vilt av kurs.

Teamet undersökte sedan dygnsklockan i monarkens hjärna - molekylcyklerna som svarar på förändringar i solljus mellan natt och dag - och tyckte att det fortfarande fungerade normalt, även efter att fjärilens avlägsnats antenner. Antennen tycktes tolka ljuskärnar oberoende av hjärnan.

För att bekräfta denna hypotes delade forskarna åter monarker i två grupper. För kontrollgruppen belagde de antennerna med tydligt emalj som fortfarande skulle tillåta ljus att tränga igenom. För test- eller variabelgruppen använde de svart emaljfärg, vilket effektivt blockerade ljussignalerna från att nå antennen. Som förutspådd flög monarkerna med dysfunktionella antenner i slumpmässiga riktningar, medan de som fortfarande kunde upptäcka ljus med sina antenner fortsatte kursen.

Men det måste vara mer än bara att följa solen, för även på extremt molniga dagar fortsatte monarkerna att flyga sydväst utan att misslyckas. Kunde monarkfjärilar också följa jordens magnetfält? UMass-forskarna beslutade att undersöka denna möjlighet och 2014 publicerade de resultaten av sin studie.

Den här gången satte forskarna monarkfjärilar i flygsimulatorer med konstgjorda magnetfält, så att de kunde kontrollera lutningen. Fjärilarna flög i sin vanliga sydliga riktning, tills forskarna vänd den magnetiska lutningen - då gjorde fjärilarna en ansikte och flög norrut.

Ett sista experiment bekräftade att denna magnetiska kompass var ljusberoende. Forskarna använde specialfilter för att kontrollera ljusets våglängder i flygsimulatorn. När monarkerna exponerades för ljus i det ultravioletta A / blå spektralområdet (380 nm till 420 nm), förblev de på sin sydliga kurs. Ljus i våglängdsområdet över 420 nm fick monarkerna att flyga i cirklar.

_Källa:

• _{Antennala cirkadianska klockor samordnar solkompassorientering i migrerande monarkfjärilar, Christine Merlin, Robert J. Gegear, och Steven M. Reppert, Vetenskap 25 september 2009: Vol. 325. Åtkomst online 8 juni 2015.}
• _{Fjäril 'GPS' hittades i antenner, av Judith Burns, BBC News, 25 september 2009. Åtkomst online 8 juni 2015.}
• _{Forskare visar att monarkfjärilar använder en magnetisk kompass under migrationen, av Jim Fessenden, UMass Medical Schools, 24 juni 2014. Åtkomst online 8 juni 2015.}

Tack vare decennier med taggning av poster och observationer från monarkforskare och entusiaster, vet vi ganska mycket om hur monarker hanterar en sådan lång hösten migration.

I mars 2001 återvanns en taggad fjäril i Mexiko och rapporterades till Frederick Urquhart. Urquhart kontrollerade sin databas och upptäckte den härliga manliga monarken (taggen # 40056) märktes ursprungligen på Grand Manan Island, New Brunswick, Kanada, i augusti 2000. Denna person flög rekord 2 750 mil och var den första fjärilen märkt i detta område i Kanada som bekräftades för att slutföra resan till Mexiko.

Hur flyger en monark så otroligt avstånd på så känsliga vingar? Migrerande monarker är experter på att höja sig, låta de rådande medvinden och kalla fronter söderut pressa dem i hundratals mil. I stället för att spendera energi med flappar på sina vingar kuster de luftströmmarna och korrigerar deras riktning efter behov. Pilotflygplan för glidflygplan har rapporterat att de delar himlen med monarker i en höjd av upp till 11 000 fot.

När förhållandena är ideala för att höja, kan migrerande monarker hålla sig i luften i upp till 12 timmar per dag, täcker avstånd på upp till 200-400 miles.

_källor:

• _{"Monarkfjäril, Danaus plexippus L. (Lepidoptera: Danaidae), "av Thomas C. Emmel och Andrei Sourakov, University of Florida. Encyclopedia of Entomology, 2^nd utgåva, redigerad av John L. Capinera.}
• _{Monarch Tag & Release, Virginia Living Museums webbplats. Åtkomst online 8 juni 2015.}
• _{Längsta Monarch Migration - The Record Flight, Journey North. Åtkomst online 8 juni 2015.}

Man skulle kunna tro att en varelse som flyger flera tusen mil skulle spendera en hel del energi i gör det och anländer därför till mållinjen betydligt lättare än när den började sin resa, höger? Inte så för monarkfjärilen. Monarker går faktiskt på vikt under sin långa migration söderut och anländer till Mexiko och ser ganska fylliga ut.

En monark måste anlända till Mexikos övervintringshabitat med tillräckligt med kroppsfett för att klara det genom vintern. När monarken är bosatt i oyumelskogen förblir vilande i 4-5 månader. Annat än en sällsynt, kort flygning för att dricka vatten eller en liten nektar, tillbringar monarken vintern med andra miljoner fjärilar, vilar och väntar på våren.

Så hur går en monarkfjäril i vikt under en flygning på över 2 000 mil? Genom att spara energi och mata så mycket som möjligt på vägen. Ett forskarteam ledat av Lincoln P. Brower, en världsberömd monarksexpert, har studerat hur monarker bränsle sig för migration och övervintring.

Som vuxna dricker monarker blommanektar, som i huvudsak är socker, och omvandlar den till lipid, vilket ger mer energi per vikt än socker. Men lipidbelastning börjar inte med vuxen ålder. Monarch larver matar ständigtoch samla små lager av energi som till stor del överlever valpen. En nybildad fjäril har redan några initiala energilager att bygga på. De migrerande monarkerna bygger sina energireserver ännu snabbare, eftersom de befinner sig i en reproduktionstyp och inte spenderar energi på parning och avel.

Migrationsmonarker stämmer över innan de börjar sin resa söderut, men de gör också ofta stopp för att mata längs vägen. Falla nektarkällor är oerhört viktiga för deras migrationsframgång, men de är inte särskilt noga med var de matar. I östra USA fungerar alla äng eller fält i blom som en bensinstation för migrerande monarker.

Brower och hans kollegor har noterat att bevarande av nektarväxter i Texas och norra Mexiko kan vara avgörande för att upprätthålla monarkmigrationen. Fjärilarna samlas i stora delar i stora delar och matar hjärtligt för att öka sina lipidlagrar innan de slutgav den sista delen av migrationen.

_källor:

• _{"Monarkfjäril, Danaus plexippus L. (Lepidoptera: Danaidae), "av Thomas C. Emmel och Andrei Sourakov, University of Florida. Encyclopedia of Entomology, 2^nd utgåva, redigerad av John L. Capinera.}
• _{Tanke på monarkens fjärils höstvandring, Lincoln P. Brower, Linda S. Fink och Peter Walford, Integrativ och jämförande biologi, Vol. 46, 2006. Åtkomst online 8 juni 2015.}