Hoe kunnen vlinders navigeren via het polarisatiepatroon?

Er zijn populaties vlinders die soms wel duizenden kilometers migreren op bijna alle continenten. Dit zijn voornamelijk subtropische en tropische continenten. Ze migreren namelijk niet naar of van Antarctica omdat het daar te koud is voor deze soort insecten. Naast temperatuur zijn er ook nog andere factoren die ervoor zorgen dat een bepaald gebied onaantrekkelijk is voor de vlinder. Ze leven te kort om de route uit het hoofd geleerd te kunnen hebben, maar zijn toch in staat om hun weg te vinden. Dit wordt gedaan met behulp van het ‘polarisatiepatroon’, maar wat is dit en hoe kunnen vlinders gebruik maken hiervan?

Bekendste populatie migrerende vlinders

De bekendste migratie is van de Oosterse populatie van de Monarchvlinder. Deze vlindersoort gaat van het zuiden van Canada naar Centraal Mexico. De gemiddelde afstand die deze vlinder aflegt is ongeveer 3000 kilometer. Deze soort heeft de mogelijkheid om te kunnen navigeren via het polarisatiepatroon.

Waarom migreren vlinders?

Er zijn een paar (mogelijke) redenen waarom vlinders migreren waaronder:

• Voedselschaarste
• Overbevolking
• Ontbossing
• Gebruik van onkruidverdelgers die zijdeplanten doden (de larven eten vooral van deze plant)
• Klimaatverandering
• Genetisch gemodificeerde gewassen

Polarisatie in de lucht

Elektromagnetische straling

Bij elektromagnetische straling is er altijd een elektrische en magnetische component aanwezig. De component van het elektrische veld staat altijd loodrecht op de component van het magnetische veld. In het zonlicht kan de richting van de component van het elektrische veld willekeurig zijn.

Polarisatie

Wanneer er een polaroid filter wordt toegepast, worden alle componenten die in een bepaalde richting trillen weggehaald. De component van het elektrische veld wordt geabsorbeerd in een bepaalde richting. Wat overblijft trilt in één bepaalde richting en dat noem je gepolariseerd licht. Polarisatie is dus het botsen van licht met moleculen in de lucht zoals bijvoorbeeld damp, lucht en klein stof.

Er is maximale polarisatie bij verstrooid licht dat een hoek maakt van 90 graden met de richting van de zon. Hierbij ziet men nog maar één dominante component van het licht.

Polarisatiepatroon aan de hemel

Er is een hele band over de hemel waar de hoek met de zon en het verstrooide deeltje en de waarnemer 90 graden is. Als het minder of meer dan 90 graden is, neemt de polarisatiegraad (mate waarin een bepaalde trillingsrichting is geabsorbeerd) af. Waar de strepen het dikste zijn is de polarisatie aan de hemel het grootst.

Een patroon afhankelijk van tijd

In de loop van de dag verandert het polarisatiepatroon omdat de positie van de zon gedurende de dag verandert. Dus zal de verdeling van de polarisatie aan de hemel ook veranderen. In principe zouden insecten dus alleen de positie van de zon kunnen vinden.

Polarisatie bij insecten

Vlinders en andere insecten (bijvoorbeeld bijen) hebben een speciaal zintuig om de polarisatiegraad te meten. Ze kunnen dus de mate waarin een bepaalde trillingsrichting is geabsorbeerd meten. Deze gevoeligheid is ook weer afhankelijk van de tijd op de dag en zal daarvoor compenseren voor de positie van de zon. Het zal dus optimaal werken voor één bepaalde plek op aarde.

Bewijs voor dit ‘speciale zintuig’

Insecten met een speciaal zintuig om de polarisatiegraad te meten zijn afhankelijk van gepolariseerd uv-licht. Dit is aangetoond in een onderzoek uit 2005. Hierin is ontdekt dat de ultraviolette fotoreceptoren de overhand hebben in het gedeelte van het oog van de Monarchvlinder die gespecialiseerd is in het detecteren van gepolariseerd licht. Wanneer er geen uv-licht aanwezig is bleken de vlinders niet meer de weg te weten. Uit hetzelfde onderzoek bleek ook dat het gedeelte van het brein genaamd: dorsolateral protocerebrum verantwoordelijk is voor het meten van de polarisatiegraad. Dit gedeelte van het brein is namelijk verbonden met de polarisatiefotoreceptoren in het oog van de vlinder. (Naar: Life Science Staff 2005, zie bron 9).

Gebruik van dit zintuig

De Monarchvlinder migreert zoals eerder genoemd van Zuid-Canada naar Centraal-Mexico. Tijdens deze reis wordt de gevoeligheid van de zintuigen aangepast aan de geografische breedte. Een theorie is dat dit kan door de verandering van de magnetische veldsterkte op aarde.

In een onderzoek uit 2014 naar migrerende vlinders, bleek dat vlinders eerder veranderingen in het magnetisch veld gebruiken om te oriënteren dan dat ze afgaan op de locatie van de Noord- en Zuidpool. (Naar: Jane J. Lee, National Geographic 2014, zie bron 11)

Een andere theorie is dat dit kan door het veranderende dag- en nachtritme. In 2012 is hier onderzoek gedaan met behulp van een vluchtsimulator die het dag- en nachtritme van de herfst kan nabootsen. Deze simulator is ontwikkeld in 2001 door de biologen Henrik Mouritsen van de Universiteit van Oldenburg in Duitsland en Barrie Frost van de Universiteit van Queens in Ontario (Canada).

De vlinders vlogen na de simulator naar verwachting, in een zuidwestelijke richting. Deze kant zouden ze ook op gaan tijdens een ‘echte herfst’ om te overwinteren in Centraal-Mexico.

In de simulator werd de dag- en nachtlengte gemanipuleerd en de vlinders vlogen na de simulator nog steeds in zuidwestelijke richting. Echter wanneer de vlinders werden blootgesteld aan constant licht voordat ze werden vrijgelaten, bleek dat het dag- en nachtritme van de vlinders was verstoord. Hierdoor konden ze niet meer de goede richting vinden in te vliegen. Dit toont aan dat ze gebruik maken van dit veranderende dag- en nachtritme omdat als dit niet aanwezig is, de vlinders niet meer correct de weg kunnen vinden. (Naar: Nature Communications 2012, bron 11).

Hoe detectie van gepolariseerd licht nog meer wordt gebruikt

Naast dat vlinders, bijen en ook vleermuizen gepolariseerd licht gebruiken voor navigatie, gebruiken andere dieren gepolariseerd licht ook en soms voor andere doeleinden.

Communicatie

Het is bekend dat onder andere koppotigen, inktvissen en octopussen ook gevoelig zijn voor gepolariseerd licht. In onderzoek uit 1999 naar het polarisatiepatroon op inktvissen is waargenomen dat inktvissen een polarisatiepatroon hebben op de armen, rond de ogen en op het voorhoofd. Het bleek dat dit patroon verdween zodra ze gecamoufleerd op de bodem lagen en ook gedurende agressief gedrag, aanvallen op prooien, voortplanting en eieren leggen (bij vrouwelijke inktvissen). Dit duidt erop dat het polarisatiepatroon bij inktvissen een rol speelt bij interactie met andere inktvissen of een prooi en een aantal vormen van gedrag. (Naar: N Shashar, P Rutledge, T Cronin, Journal of Experimental Biologie 1997, bron 2)