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北美大陸上生活著一種非常著名的蝴蝶——帝王蝶（Monarch Butterflies 學(xué)名大樺斑蝶），它長著一對(duì)長達(dá)幾十公分的翅膀，翅膀顏色以金色為主，呈王冠狀，因此被人們稱作“帝王蝶”。
帝王蝶越冬遷徙需要飛行三千二百多公里到達(dá)越冬地。帝王蝶越冬遷徙的導(dǎo)航依靠的是經(jīng)生物時(shí)鐘訊號(hào)校正過的太陽方位，它們一路西南行，早上沿著太陽右邊向前飛，下午靠著太陽左邊飛。
事實(shí)上科學(xué)家對(duì)此早有所知，他們不僅知道帝王蝶依靠太陽導(dǎo)航，而且導(dǎo)航中必須有生物時(shí)鐘參與，而且他們還知道時(shí)鐘訊號(hào)生成在帝王蝶的兩根觸須上，因?yàn)橛^察表明缺失觸須的帝王蝶只會(huì)轉(zhuǎn)圈亂飛。研究人員把蝴蝶分成兩組，一組把黑漆塗在觸須上，另一組塗透明漆，結(jié)果前一組轉(zhuǎn)圈亂飛，后一組飛行定向功能完全正常。由此可知，蝴蝶的觸須中有感知太陽光的能量和光譜的感應(yīng)器，并由此產(chǎn)生對(duì)應(yīng)著晝夜的生物時(shí)鐘訊號(hào)。
華盛頓大學(xué)研究小組的主要工作是確定了帝王蝶導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入訊號(hào)的來源，找到了導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)這些輸入訊號(hào)的處理方式，并以此構(gòu)建了有六個(gè)神經(jīng)元組成的模型。這個(gè)模型能夠在白天根據(jù)太陽的光強(qiáng)和方位產(chǎn)生穏定地指向西南的導(dǎo)航輸出訊號(hào)。
導(dǎo)航系統(tǒng)中用了兩組輸入訊號(hào)，它們分別是：
1）帝王蝶右復(fù)眼和前復(fù)眼的兩個(gè)光度感應(yīng)訊號(hào)。這兩個(gè)訊號(hào)分別作為神經(jīng)元NS1和NS2的放電頻率訊號(hào)（見圖9右B2）。
2）帝王蝶觸須中的 per, tim, 和cry2三個(gè)生物電訊號(hào)。其中cry2作為神經(jīng)元NCLK1_C的放電頻率訊號(hào)，而 per/tim 作為神經(jīng)元NCLK2的放電頻率訊號(hào)，NCLK1為一個(gè)常數(shù)減去NCLK1_C，NCLK2_C是NCLK2的反相位函數(shù)（見圖9左A3）。
Il
=D1+D2 D1=NCLK1-NS1
Ir=-D1-D2=-Il
D2=NCKL2-NS2
由上面簡單公式處理后產(chǎn)生的訊號(hào)I就是該導(dǎo)航模型的控制輸出訊號(hào)，更多細(xì)節(jié)請(qǐng)讀注1原文。由該模型所作出導(dǎo)航軌跡與帝王蝶遷徙觀察數(shù)據(jù)吻合。從該模型分析可得出，正午時(shí)導(dǎo)航方向正確穩(wěn)定，清早和傍晚導(dǎo)航誤差較大，這些結(jié)果與帝王蝶遷徙行為一致。簡單地改變上述六個(gè)神經(jīng)元的組合，模型也可以用于模擬帝王蝶春天后開始的向北遷徙行為。模型的建立清楚地解釋了帝王蝶依靠“太陽GPS”萬里遷徒的導(dǎo)航機(jī)制，模型也為蝴蝶和其它昆蟲的導(dǎo)航研究提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。
