Vsako leto se milijoni metuljev monarha preselijo po vzhodni Severni Ameriki, da bi odleteli vse od severa do ameriško-kanadske meje, da bi prezimili v osrednji Mehiki – tako, da preletijo kar 3000 milj. Medtem pa na drugi strani Skalnega gorovja zahodni monarhi običajno letijo 300 milj navzdol do pacifiške obale, da prezimijo v Kaliforniji. Dolgo je veljalo, da sta vzhodni in zahodni monarhi genetsko različni populaciji.
Nova študija pa potrjuje, da čeprav vzhodni in zahodni metulji letijo različno, so genetsko enaki. Revija Molecular Ecology je objavila ugotovitve, ki so jih vodili evolucijski biologi z univerze Emory.
"Bilo je presenetljivo," pravi Jaap de Roode, profesor biologije Emory in višji avtor študije. Njegov laboratorij je eden od redkih na svetu, ki preučuje metulje monarha.
"Pričakovali bi, da bodo organizmi z različnim vedenjem in ekologijo pokazali nekaj genetskih razlik," pravi de Roode. "Toda ugotovili smo, da genetsko ne morete razlikovati med zahodnimi in vzhodnimi metulji."
Trenutni dokument temelji na prejšnjem delu laboratorija de Roode, ki je odkril podobnosti med 11 genetskimi markerji vzhodnih in zahodnih monarhov, pa tudi drugimi bolj omejenimi genetskimi študijami ter podatki opazovanja in sledenja.
"To je prva primerjava vzhodnih in zahodnih monarhov v celotnem genomu, ki poskuša bolje razumeti njihove vedenjske razlike," pravi Venkat Talla, prvi avtor trenutne študije in podoktorski sodelavec Emoryja v laboratoriju.
Talla je analiziral več kot 20 milijonov mutacij DNK v 43 genomih monarhov in ni našel dokazov za genomsko diferenciacijo med vzhodnimi in zahodnimi monarhi. Namesto tega je našel enake ravni genetske raznovrstnosti.
"Naše delo kaže, da se vzhodni in zahodni monarh parita skupaj in si izmenjujeta genetski material v veliko večji meri, kot je bilo prej ugotovljeno," pravi Talla. "In dodaja k dokazom, da so verjetno razlike v njihovih okoljih tiste, ki oblikujejo razlike v njihovih vzorcih migracij."
Soavtorica Amanda Pierce, ki je vodila prejšnjo študijo o 11 genetskih označevalcih, je začela projekt, ko je bila podiplomska študentka v laboratoriju De Roode.
"Metulji Monarch so tako krhki in tako lahki, a kljub temu lahko potujejo na tisoče milj," pravi Pierce. "So čudovita bitja in odličen modelni sistem za razumevanje edinstvenega, prirojenega vedenja. Vemo, da je migracija na nek način vkoreninjena v njihovo genetsko ožičenje."
Potem ko monarhi zapustijo svoja prezimovalna mesta, odletijo na sever in izležejo jajca. Gosenice se spremenijo v metulje in nato letijo naprej, se parijo in odložijo še eno generacijo jajčec. Postopek se ponavlja več generacij, dokler končno, ko dnevi postajajo krajši in temperature nižje, monarhi izstopijo iz svojih krizal in začnejo leteti proti jugu. Ta selitvena generacija ne porablja nobene energije za vzrejo ali odlaganje jajc, vse prihrani za dolgo pot.
"Za vsakega metulja, ki pride v Kalifornijo ali Mehiko, je to njegovo prvo potovanje tja," se čudi Pierce.
Prejšnje delo je ugotovilo, da imajo vzhodni in zahodni monarhi nagnjenost k manjšim razlikam v obliki kril. Za trenutni dokument so raziskovalci želeli ugotoviti kakršne koli razlike v njihovih slogih letenja.
Zbrali so vzhodne monarhe z mesta za selitev v Saint Marksu na Floridi, zahodne monarhe pa z enega od njihovih prezimovalnih krajev blizu Oceana v Kaliforniji. Pierce je izvajal preizkuse letenja z metulji tako, da jih je privezal na mlin, ki je omejil njihove vzorce letenja na kroge z obsegom približno 25 čevljev. Poskusi so bili izvedeni v laboratoriju pod nadzorovanimi svetlobnimi in temperaturnimi pogoji, ki so posnemali prezimovalna mesta. Umetno cvetje je bilo razporejeno po obodu mlinov za letenje.
"Ideja je bila, da bi jim poskusili dati nekaj 'naravnega' okolja, da bi jih motivirali in jih usmerili," pojasnjuje Pierce.
Metulji so bili nepoškodovani izpuščeni iz letalskih mlinov po kratkih poskusih.
Rezultati so pokazali, da bi se vzhodni monarhi odločili leteti na daljše razdalje, medtem ko so zahodni monarhi leteli na krajše razdalje, vendar z močnejšimi izbruhi hitrosti. "Močnejša lastnost letenja zahodnega monarha je v bistvu podobna šprinterju," pravi Pierce, "medtem ko vzhodni monarhi kažejo lastnost letenja bolj kot maratonci."
Pierce je od takrat diplomiral iz Emoryja in zdaj dela kot genetik za agencijo za varstvo okolja v Washingtonu, D. C.
Talla, ki je specializiran za bioinformatiko, je odraščal v Indiji, kjer ga je bogata raznolikost divjih živali navdušila, da je postal evolucijski biolog. Odselil se je na Švedsko, da bi doktoriral, kjer je študiral genomiko evropskega lesnega belega metulja. Čeprav so vsi lesni beli vizualno videti enaki, so v resnici tri različne vrste.
"Eno od velikih vprašanj, na katera me zanima, je, kako posamezna vrsta postane več vrst?" Talla pravi. "Razumeti želim vse procese, ki so vključeni v to evolucijo."
Preskočil je priložnost, da se pridruži laboratoriju De Roode. "Monarhi so bili vedno na vrhu mojega seznama metuljev, ki sem jih želel študirati zaradi njihovih neverjetnih migracij," pravi Talla. "So fascinantna vrsta."
Lanskega novembra se je pridružil de Roodeju na laboratorijskem izletu na vzhodnem mestu prezimovanja monarha, znotraj in v bližini biosfernega rezervata metuljev Monarch v osrednji Mehiki. Na desetine do stotine milijonov monarhov pozimi pokrivajo drevesa in pokrajino. "To je osupljiv prizor," pravi Talla. "Sprašuješ se, kako vsi vedo, kako priti tja."
Prejšnje študije sledenja in opazovanja so pokazale, da vsaj nekateri zahodni monarhi letijo na jug v Mehiko namesto na zahod v Kalifornijo. Analiza celotnega genoma kaže, da se morda več kot le nekaj zahodnih monarhov odpravi na potovanje v Mehiko, kjer se pomešajo z vzhodnimi monarhi. In ko metulji zapustijo Mehiko, lahko nekateri letijo na zahod namesto na vzhod.
"Dokazi iz več smeri se združujejo v podporo istemu mnenju," pravi de Roode.
Ugotovitve lahko pomagajo pri ohranjanju monarhov. Zaradi kombinacije izgube habitata, podnebnih sprememb in pomanjkanja nektarjanih cvetov se je število tako vzhodnih kot zahodnih monarhov v zadnjih desetletjih zmanjšalo, pri čemer so zahodni najbolj upadli. Ameriška služba za ribe in divje živali trenutno razmišlja, ali metulji potrebujejo posebno zaščito.
"Če so okoljski dejavniki vse, kar poganja razlike med vzhodnimi in zahodnimi monarhi, je možno, da bi lahko pomagali zahodnemu prebivalstvu s presaditvijo nekaterih vzhodnih na zahod," pravi de Roode..
Laboratorij De Roode zdaj namerava raziskati, kaj točno v okolju metuljev sproži različne izraze njihovih genov.
Delo so financirali Univerza Emory, Nacionalna znanstvena fundacija in Nacionalni inštituti za zdravje.
