Alcune farfalle monarca non migrano

I monarchi sono noti soprattutto per la loro incredibile migrazione a lunga distanza dal nord fino al Canada ai loro terreni di svernamento in Messico. Ma sapevi che queste farfalle monarca nordamericane sono le uniche a migrare?

Farfalle monarca (Danaus plexippus) vive anche nell'America centrale e meridionale, nei Caraibi, in Australia e persino in alcune parti dell'Europa e della Nuova Guinea. Ma tutti questi monarchi sono sedentari, nel senso che rimangono in un posto e non migrano.

Gli scienziati hanno a lungo ipotizzato che i monarchi migratori nordamericani discendessero da una popolazione sedentaria e che questo gruppo di farfalle sviluppasse la capacità di migrare. Ma un recente studio genetico suggerisce che potrebbe essere vero il contrario.

I ricercatori dell'Università di Chicago hanno mappato il genoma monarca e ritengono di aver individuato il gene responsabile del comportamento migratorio nelle farfalle nordamericane. Gli scienziati hanno confrontato oltre 500 geni in farfalle monarca migratorie e non migratorie e hanno scoperto un solo gene che è costantemente diverso nelle due popolazioni di monarchi. Un gene noto come collagene IV α-1, che è coinvolto nella formazione e nella funzione dei muscoli di volo, è espresso a livelli notevolmente ridotti nei monarchi migratori. Queste farfalle consumano meno ossigeno e hanno tassi metabolici più bassi durante i voli, rendendoli volantini più efficienti. Sono meglio equipaggiati per i viaggi a lunga distanza rispetto ai loro cugini sedentari. I monarchi non migratori, secondo i ricercatori, volano più velocemente e più duramente, il che è buono per il volo a breve termine ma non per un viaggio di diverse migliaia di miglia.

Anche il team dell'Università di Chicago ha usato questa analisi genetica per esaminare le origini del monarca, e ha concluso che la specie ha avuto origine con la popolazione migratoria in Nord America. Credono che i monarchi si siano dispersi negli oceani migliaia di anni fa e che ogni nuova popolazione abbia perso il proprio comportamento migratorio in modo indipendente.

_fonti:

• _{Farfalla monarca, Danaus plexippus Linnaeus, di Andrei Sourakov, estensione IFAS dell'Università della Florida. Accesso online all'8 giugno 2015.}
• _{Rivelati i segreti genetici della farfalla monarca, University of Chicago Medicine, 2 ottobre 2014. Accesso online all'8 giugno 2015.}

I volontari - cittadini comuni con un interesse per le farfalle - hanno contribuito con gran parte dei dati che hanno aiutato gli scienziati a imparare come e quando migrano i monarchi nel Nord America. Negli anni '40, lo zoologo Frederick Urquhart sviluppò un metodo per etichettare le farfalle monarca apponendo una piccola etichetta adesiva sull'ala. Urquhart sperava che, marcando le farfalle, avrebbe avuto un modo per tenere traccia dei loro viaggi. Lui e sua moglie Nora hanno taggato migliaia di farfalle, ma presto hanno capito che avrebbero avuto bisogno di molto più aiuto per taggare abbastanza farfalle per fornire dati utili.

Nel 1952, gli Urquharts arruolarono i loro primi scienziati cittadini, volontari che aiutarono a etichettare e rilasciare migliaia di farfalle monarca. Alle persone che hanno trovato farfalle taggate è stato chiesto di inviare i loro reperti a Urquhart, con dettagli su quando e dove sono stati trovati i monarchi. Ogni anno reclutavano più volontari, che a loro volta etichettavano più farfalle e lentamente Frederick Urquhart iniziò a mappare i percorsi migratori seguiti dai monarchi in autunno. Ma dove stavano andando le farfalle?

Alla fine, nel 1975, un uomo di nome Ken Brugger chiamò gli Urquharts dal Messico per riferire l'avvistamento più importante fino ad oggi. Milioni di farfalle monarca sono state raccolte in una foresta nel Messico centrale. Diversi decenni di dati raccolti da volontari avevano condotto gli Urquharts verso i terreni di svernamento precedentemente sconosciuti delle farfalle monarca.

Mentre molti progetti di etichettatura continuano ancora oggi, c'è anche un nuovo progetto di scienza dei cittadini che ha lo scopo di aiutare gli scienziati a imparare come e quando i monarchi torneranno in primavera. Attraverso Journey North, uno studio basato sul web, i volontari riportano la posizione e la data dei loro primi avvistamenti monarchi nei mesi primaverili ed estivi.

Sei interessato a fare volontariato per raccogliere dati sulla migrazione dei monarchi nella tua zona? Scopri di più: Volontariato con un progetto scientifico Monarch Citizen.

_fonti:

• _{Dr. Fred Urquhart - In Memoriam, Monarch Watch, Università del Kansas. Accesso online all'8 giugno 2015.}
• _{Tagging Monarchs, Monarch Watch, Università del Kansas. Accesso online all'8 giugno 2015.}
• _{Le rotte migratorie autunnali delle farfalle monarca nell'America del Nord orientale rivelate dai cittadini scienziati, Elizabeth Howard e Andrew K. Davis, Journal of Insect Conservation, 2008. (PDF) Accesso online l'8 giugno 2015.}
• _{Documentare i movimenti primaverili delle farfalle monarca con Journey North, una scienza dei cittadini Programma, di Elizabeth Howard e Andrew K. Davis. In Monarch Butterfly Biology & Conservation, di Karen Suzanne Oberhauser e Michelle J. Solensk.}

La scoperta di dove andavano le farfalle monarca ogni inverno sollevava immediatamente una nuova domanda: come fa una farfalla trovare la strada per una foresta remota, a migliaia di miglia di distanza, se non è mai stata lì? prima?

Nel 2009, un team di scienziati dell'Università del Massachusetts ha svelato parte di questo mistero quando hanno mostrato come una farfalla monarca usa le sue antenne per seguire il sole. Per decenni, gli scienziati hanno creduto che i monarchi dovessero seguire il sole per trovare la loro strada verso sud e che le farfalle stavano adattando la loro direzione mentre il sole si muoveva attraverso il cielo dall'orizzonte verso orizzonte.

Le antenne degli insetti erano da tempo intese come recettori per segnali chimici e tattili. Ma i ricercatori dell'UMass sospettavano di poter svolgere un ruolo nel modo in cui i monarchi elaboravano segnali luminosi anche durante la migrazione. Gli scienziati hanno messo le farfalle monarca in un simulatore di volo e hanno rimosso le antenne da un gruppo di farfalle. Mentre le farfalle con le antenne volavano a sud-ovest, come al solito, i monarchi senza antenne andavano selvaggiamente fuori rotta.

Il team ha quindi studiato l'orologio circadiano nel cervello del monarca - i cicli molecolari che rispondono ai cambiamenti in luce del sole tra notte e giorno - e ho scoperto che funzionava ancora normalmente, anche dopo la rimozione della farfalla antenne. Le antenne sembravano interpretare segnali di luce indipendenti dal cervello.

Per confermare questa ipotesi, i ricercatori hanno nuovamente diviso i monarchi in due gruppi. Per il gruppo di controllo, hanno rivestito le antenne di smalto trasparente che avrebbe comunque permesso alla luce di penetrare. Per il test o il gruppo variabile, hanno usato la vernice a smalto nero, impedendo efficacemente ai segnali luminosi di raggiungere le antenne. Come previsto, i monarchi con antenne disfunzionali volarono in direzioni casuali, mentre quelli che potevano ancora rilevare la luce con le loro antenne rimasero in rotta.

Ma doveva esserci qualcosa di più che semplicemente seguire il sole, perché anche nei giorni estremamente nuvolosi, i monarchi continuavano a volare a sud-ovest senza fallo. Le farfalle monarca potrebbero anche seguire il campo magnetico terrestre? I ricercatori UMass hanno deciso di studiare questa possibilità e nel 2014 hanno pubblicato i risultati del loro studio.

Questa volta, gli scienziati hanno messo le farfalle monarca in simulatori di volo con campi magnetici artificiali, in modo da poter controllare l'inclinazione. Le farfalle volarono nella loro solita direzione verso sud, fino a quando i ricercatori hanno invertito l'inclinazione magnetica - poi le farfalle hanno fatto una smorfia e volarono verso nord.

Un ultimo esperimento ha confermato che questa bussola magnetica dipendeva dalla luce. Gli scienziati hanno utilizzato filtri speciali per controllare le lunghezze d'onda della luce nel simulatore di volo. Quando i monarchi furono esposti alla luce nell'intervallo spettrale A / blu ultravioletto (da 380 nm a 420 nm), rimasero sulla rotta meridionale. La luce nella gamma di lunghezze d'onda superiori a 420 nm fece volare i monarchi in cerchio.

_Fonte:

• _{Gli orologi circadiani antennali coordinano l'orientamento della bussola solare nelle farfalle monarca migratorieChristine Merlin, Robert J. Gegear e Steven M. Reppert, Scienza 25 settembre 2009: Vol. 325. Accesso online all'8 giugno 2015.}
• _{Farfalla "GPS" trovata nelle antenne, di Judith Burns, BBC News, 25 settembre 2009. Accesso online all'8 giugno 2015.}
• _{Gli scienziati mostrano che le farfalle monarca impiegano una bussola magnetica durante la migrazione, di Jim Fessenden, UMass Medical Schools, 24 giugno 2014. Accesso online all'8 giugno 2015.}

Grazie a decenni di annotazioni sui tag e osservazioni di ricercatori e appassionati di monarchi, sappiamo un po 'di come i monarchi gestiscono un tale migrazione a lunga caduta.

Nel marzo 2001, una farfalla taggata fu recuperata in Messico e riferita a Frederick Urquhart. Urquhart controllò il suo database e scoprì che questo monarca maschio abbondante (tag # 40056) era stato originariamente taggato sull'isola di Grand Manan, New Brunswick, in Canada, nell'agosto del 2000. Questo individuo ha pilotato un record di 2.750 miglia ed è stata la prima farfalla taggata in questa zona del Canada a essere confermata per completare il viaggio in Messico.

In che modo un monarca vola ad una distanza così incredibile su ali così delicate? I monarchi migratori sono esperti nel volo a vela, lasciando che i venti di coda prevalenti e i fronti freddi verso sud li spingano per centinaia di miglia. Invece di spendere energia sbattendo le ali, costeggiano le correnti d'aria, correggendo la loro direzione secondo necessità. I piloti dell'aereo da aliante hanno riferito di condividere i cieli con i monarchi a un'altitudine di 11.000 piedi.

Quando le condizioni sono ideali per salire, i monarchi migratori possono rimanere in aria fino a 12 ore al giorno, coprendo distanze fino a 200-400 miglia.

_fonti:

• _{"Farfalla monarca, Danaus plexippus L. (Lepidoptera: Danaidae) ", di Thomas C. Emmel e Andrei Sourakov, Università della Florida. Enciclopedia dell'entomologia, 2^ND edizione, a cura di John L. Capinera.}
• _{Tag e rilascio di Monarch, Sito web del Virginia Living Museum. Accesso online all'8 giugno 2015.}
• _{Migrazione monarca più lunga: il volo record, Journey North. Accesso online all'8 giugno 2015.}

Si potrebbe pensare che una creatura che vola per diverse migliaia di miglia spenderebbe molta energia facendo così, e quindi arrivare al traguardo considerevolmente più leggero di quando ha iniziato il suo viaggio, destra? Non così per la farfalla monarca. I monarchi in realtà aumentano di peso durante la loro lunga migrazione verso sud e arrivano in Messico con un aspetto piuttosto grassoccio.

Un monarca deve arrivare nell'habitat di svernamento del Messico con abbastanza grasso corporeo da superare l'inverno. Una volta sistemato nella foresta di oyumel, il monarca rimarrà quiescente per 4-5 mesi. A parte un raro, breve volo per bere acqua o un po 'di nettare, il monarca trascorre l'inverno nascosto con milioni di altre farfalle, riposando e aspettando la primavera.

Quindi, come fa una farfalla monarca ad aumentare di peso durante un volo di oltre 2.000 miglia? Conservando energia e nutrendosi il più possibile lungo il percorso. Un gruppo di ricerca guidato da Lincoln P. Brower, un esperto monarca di fama mondiale, ha studiato come i monarchi si alimentano per la migrazione e lo svernamento.

Da adulti, i monarchi bevono il nettare dei fiori, che è essenzialmente zucchero, e lo convertono in lipidi, che fornisce più energia per peso rispetto allo zucchero. Ma il caricamento lipidico non inizia con l'età adulta. I bruchi monarca si nutrono costantementee accumula piccoli depositi di energia che sopravvivono in gran parte alla pupilla. Una farfalla appena emersa ha già alcune riserve di energia iniziali su cui costruire. I monarchi migranti costruiscono le loro riserve di energia ancora più velocemente, dal momento che sono in uno stato di diapausa riproduttiva e non stanno spendendo energia per l'accoppiamento e la riproduzione.

I monarchi migratori si accumulano prima di iniziare il loro viaggio verso sud, ma fanno anche frequenti soste per nutrirsi lungo la strada. Autunno fonti di nettare sono estremamente importanti per il loro successo migratorio, ma non sono particolarmente esigenti su dove si nutrono. Negli Stati Uniti orientali, qualsiasi prato o campo in fiore funzionerà come stazione di rifornimento per i monarchi migratori.

Brower e i suoi colleghi hanno notato che la conservazione delle piante di nettare in Texas e nel nord del Messico può essere cruciale per sostenere la migrazione dei monarchi. Le farfalle si riuniscono in questa regione in gran numero, nutrendosi di cuore per aumentare i loro depositi lipidici prima di completare la fase finale della migrazione.

_fonti:

• _{"Farfalla monarca, Danaus plexippus L. (Lepidoptera: Danaidae) ", di Thomas C. Emmel e Andrei Sourakov, Università della Florida. Enciclopedia dell'entomologia, 2^ND edizione, a cura di John L. Capinera.}
• _{Alimentando la migrazione autunnale della farfalla monarca, Lincoln P. Brower, Linda S. Fink e Peter Walford, Biologia integrativa e comparativa, Vol. 46, 2006. Accesso online all'8 giugno 2015.}