Бабочка на солнышке. Зачем бабочки греются на солнышке

В 1984 г. на биологической олимпиаде школьников МГУ была предложена следующая задача: «Известно, что бабочка-крапивница предпочитает температуру 36 °С. Если на улице холодно и солнце не светит, бабочка сидит с закрытыми крыльями. Если холодно, но светит солнце, бабочка раскрывает крылья. Но как только температура достигает 36 °С, бабочка складывает крылья. Нарисуйте схему соединения нейронов, которая обеспечивала бы такое поведение бабочки». Задача была дана в 10-м классе и оказалась «убойной». Никто из школьников не получил за нее «отлично», так как ни одной работоспособной схемы предложено не было, а многие школьники вообще не могли понять, что от них требуется.

Эта задача, как очень многие задачи по биологии, не имеет однозначного ответа. Можно придумать много схем, удовлетворяющих ее условиям. Придумаем одну из возможных. Прежде всего, можно предположить, что крыльями бабочки по аналогии с мышцами-антагонистами у человека должны управлять две группы мышц: «опускатели» крыла и «подниматели» крыла. Каждой группой управляют свои МН, которые мы будем обозначать МН0 и МНП. На эти МН должны поступать сигналы о температуре и солнечном свете. Тут также возможны разные решения. Пусть клетка Т возбуждается и посылает импульсы, только если температура выше 36 °С, а клетка С - когда светит солнце.

По условию задачи при свете крылья раскрываются, поэтому соединим световой рецептор с МН0. Когда же температура поднимется выше 36 °С и заработает тепловой рецептор, крылья должны закрыться. Значит, надо соединить клетку Т с МНП возбуждающей связью. Мышцу-антагониста надо при этом затормозить; для этого надо соединить тепловой рецептор с МН0 тормозной связью. Но один и тот же нейрон, как правило, не бывает и возбуждающим, и тормозным, поэтому для создания торможения надо поместить в эту линию тормозной вставочный нейрон. Теперь если будет и светло, и тепло, то МН0 не будет работать, так как на него приходят равные по величине8 но противоположные по знаку сигналы, которые не доведут его до порога. Однако наша схема не полностью удовлетворяет условиям задачи: если на улице холодно и солнца нет, то по условию крылья должны быть закрыть, а из нашей схемы это не следует.

Поэтому и вставлен в схему еще один рецептор X, работающий, когда температура ниже 36 °С. Соединим его с МНП возбуждающей связью. Но, чтобы не испортить ситуацию «холодно и светло», эта связь не должна работать, когда светит солнце. Значит, нужен еще один интернейрон, который будет при освещении тормозить X.

Теперь наша схема будет работать. Для нее нам потребовалось 3 рецептора и 3 интернейрона. Можно сделать схему и экономнее. Например, на рис. 52, г приведена схема, в которой есть вставочный нейрон С А, все время работающий сам по себе. Он будет все время стремиться закрыть крылья, которые будут закрыты всегда, кроме ситуации, когда одновременно работают рецепторы X и С; в этом случае они возбуждают интернейрон ИН 2. Цифра «2» указывает, что его порог так высок, что свет и холод поодиночке не способны его возбудить. Этот интернейрон при возбуждении откроет крылья и затормозит спонтанно активный интернейрон. Вы видите, что в этой схеме мы обошлись всего двумя типами рецепторов. Правда, один из интернейронов в этой схеме обладает более хитрыми свойствами, чем стандартный нейрон: он может работать сам по себе.

Инженеры часто решают такие же задачи, как только что решенная нами. Например, во многих домах есть лифт. Допустим, что лифт пришел на первый этаж и дверь открылась. Если никто не войдет в него, дверь закроется. Если войдет, но ничего не будет делать, дверь останется открытой. Если войдет и нажмет кнопку - дверь закроется и включится двигатель. Тут тоже есть «МН» для двери и для двигателя, есть рецепторы веса и нажатия на кнопку, есть свой «мозг», но не из нейронов, а из реле. Существует целая теория, позволяющая строить нужные логические схемы для разных задач.

Схема крыла бабочки:
1 - корень крыла;
2 - передний (костальный) край;
3 - задний (анальный) край;
4 - вершина;
5 - привершинная (субапикальная) область;
6 - задний (анальный) угол;
7 - прикорневая (базальная) область;
8 - средняя (дискальная) область;
9 - постдис-кальная (субдискальная) область;
10 - прикраевая (субмаргинальная) область;
11 - краевая (маргинальная) область.

Далекие предки бабочек были бескрылы, а на месте крыльев у них были маленькие наросты, предохраняющие дыхательные щели от высыхания. На протяжении тысячелетий маленькие наросты постепенно увеличивались в размерах и превратились в крылья - перепончатые образования, служащие для полета. Красоту бабочек определяют форма, цвет и узор её крыльев. По два крыла, образованных двухслойной перепонкой, которая растянута на каркасе из жёстких жилок, крепятся к среднему и заднему сегментам груди насекомого. Крылья покрыты чешуйками, образующими на их поверхности пыльцу, - этого нет ни у каких иных представителей животного мира. Секрет фантастической красоты и поразительного разнообразия бабочек именно в чешуйках, цвет, структура и расположение которых определяют причудливость окраски. Сами же чешуйки - это изменённые волоски. Число чешуек на одном крыле может достичь миллиона.

По характеру окраски чешуйки делятся на пигментные и оптические. Цвет первых обусловлен содержанием в них пигмента - красителя. Каждая чешуйка содержит лишь один пигмент. Часто это меланины, которые придают чешуйкам чёрный и коричневый цвета. Меланины вырабатываются самой бабочкой, но другие пигменты могут быть получены и из веществ, входивших в меню гусениц. Так, зелёный пигмент - из съеденного ими с листьями хлорофилла. Жёлтая и красная окраска бабочек (кроме белянок) связана с питанием растениями, содержащими каротин, окрашивающий, например, морковь. Хотя пигментная окраска и бывает очень яркой, она всегда матовая и лишена блеска. Металлическое переливчатое сияние крыльям многих дневных бабочек, особенно тропических, придают чешуйки оптические. В них нет пигмента, а причина блестящей металлической окраски и сияющих цветных переливов в том, что белый свет, преломляясь в полых тонких чешуйках, разлагается на отдельные цвета спектра.

Приобретение в процессе эволюции крыльев и способности к полету позволило бабочкам передвигаться на значительные расстояния в поисках корма (увеличилась площадь поиска), а в отдельных случаях спасаться в воздухе от наземных хищников. Чем больше площадь крыльев, тем удобнее они для долгого, спокойного парения. Однако увеличение крыльев и в связи с этим увеличение общих размеров тела, ни в коей мере не повлиявшее на их оборонительные качества, в то же время сделало заметными бабочек для многих хищников. Поэтому некоторые виды бабочек остановились в своем развитии с относительно короткими крыльями, что делает их, с одной стороны, менее заметными, а с другой, более искусными и увертливыми летунами.
Другие виды бабочек пошли иным путем развития. Они имеют большие крылья, разукрашенные в самые разнообразные цвета и при этом как-то умудряются выживать. Дело тут в том, что бабочки летают над цветущими лугами и лесными полянами, на которых растут такие же яркие и пестрые цветы. Хищнику трудно обнаружить этих красавиц, так как на фоне пестрых цветов бабочки становятся почти незаметными благодаря своей окраске.
У большинства яркоокрашенных видов бабочек есть еще один вид защиты: крылья окрашены в разные цвета. Если верхняя часть крыльев окрашена ярко и броско, то изнанка - в серо-коричневые тона. Стоит бабочке усесться на растение и сложить крылья, как их яркая окраска тут же сменяется неброской, обычно одноцветной окраской изнанки. Так, у бабочки павлиний глаз большие пятна на раскрытых крыльях переливаются всеми цветами - от коричневого или черного до желтого или красного, а изнанка окрашена в скромные черно-коричневые тона.

У большинства ночных бабочек крылья имеют в основном серый цвет, с неброским, но часто сложным рисунком из черных черточек и точек. Днем они сидят на коре деревьев, в ветвях или под камнями и почти совершенно сливаются с этим фоном.
Есть ночные бабочки, у которых только верхние крылья окрашены в серые тона, нижние же крылья окрашены в яркий, например красный, цвет. Такие бабочки используют другой способ защиты, при котором очень активно используются крылья. Они имеют яркую отпугивающую окраску, благодаря которой повышают свои шансы на сохранение жизни, так как многие хищники боятся яркой, бросающейся в глаза окраски, во многих случаях связанной с какой-то опасностью.
К таким бабочкам относятся некоторые бабочки-медведки, у которых верхние крылья окрашены в белые и коричневые тона, а нижние - ярко-красного цвета с черными пятнами. Обычно бабочка сидит так, что передние, незаметные на окружающем фоне, крылья прикрывают задние. В момент опасности она шевелит передними крыльями, и из-под них вспыхивают огненно-красные блики, часто акцентируемые синим или черным рисунком. Быстрая смена рисунка пугает нападающего.
У бабочек-ленточниц верхние крылья серовато-бурые со множеством полосок, линий, пятнышек. Когда ленточница садится вдоль ствола дерева и складывает крылья «домиком», она буквально сливается с цветом и рисунком коры. Есть бабочки, которые имеют ложные головы, глаза и усики на задней части тела, чтобы таким образом предохранить от повреждения настоящую голову и органы чувств.

У всех ли бабочек есть крылья?
Стеклянницы при первом полете теряют большую часть чешуек с крыльев, которые становятся светлыми и почти прозрачными. Крылья мелких ночных многоплюмажных бабочек напоминают отделанный бахромой веер. У самок пяденицы-обдирало и некоторых волнянок имеются лишь недоразвитые остатки крыльев. У червеобразных самок мешочниц нет не только крыльев, но и ног. А у самцов этих нелетающих бабочек крылья развиты нормально.

Популярные новости

Бабочки Матисса

Бабочки больше всех других существ похожи на создания художников. Точнее, студентов художественной школы.

Геликонида харитония, по-английски также именуемая длиннокрылкой-зеброй, - вся в черно-белую полоску, точно диван в доме моего свекра.

Испод крыльев харакса двухвостого - шоколадно-коричневые, белые и зеленые завитки, череда оранжевых крапинок, металлически-синие пятна, желтые фестоны. Летающий лоскут батика. Благовония и бисерные фенечки. Джоан Баэз.

Тропическая геликонида мельпомена - абстракционизм. Боярышница - арт-деко. Перламутровки и шашечницы - этакие клетчатые галстуки. Морфо - витраж. Поликсена - цирковая афиша.

Шевроны, зигзаг, «капельки».

Невозможно поверить, что эти расцветки и узоры - «от природы».

Бабочка - это две пары крыльев, порхающих туда-сюда среди бела дня. Ни зубов, ни когтей. Быстро летать не может. В ее брюшке достаточно питательных веществ, чтобы птица могла наскоро перекусить.

Что же выручает бабочку? Сила искусства.

Бабочка подобна рекламным щитам, какие носят на себе «люди-сэндвичи». Я хочу сказать, что ее можно видеть с двух сторон. Когда передние и задние крылья раздвинуты, широко расставлены, виден один узор - тот, что на верхней стороне крыльев. Именно этот узор демонстрирует бабочка, когда греется на солнце или планирует в воздухе. Когда же бабочка складывает крылья над спиной, сводя их вместе, становится заметен другой узор - на нижней стороне. Его видно, когда бабочка отдыхает на листочке или пьет нектар. Почти во всех случаях два узора - верхний и нижний - резко различаются между собой.

У бабочек, а также гусениц и куколок, яркие цвета и несложный узор - это предупредительная окраска, предостережение, которое должно легко запоминаться. Допустим, голубая сойка по неопытности скушала монарха. Вы тут же увидите, как она поперхнется, срыгнет, задергает головой, взъерошится, примется вытирать клюв, закроет глаза с таким видом, будто умоляет своего птичьего бога избавить ее от мучений…

Но искусство - это не только череп и скрещенные кости.

Искусство может служить волшебным плащом-невидимкой.

Волны и завитки гамадриаса фебруа сливаются с волнами и завитками на древесной коре. Малинная перламутровка, усеянная темными и светлыми пятнами, растворяется в освещенном солнцем лесу среди таких же миниатюрных лужиц света и тени. Бабочки, прикидывающиеся листьями, замирают, как натурщицы, - и попробуй их отыщи!

На некоторых таких «листьях» есть даже особые белые пятнышки - имитация просвечивающих дырок и надрывов.

Искусство - это обман, отвлекающая уловка.

Цветные колечки на крыле бабочки притягивают взгляд хищника к хвостовой части, не столь стратегически важной, как голова. Полосы и кривые обычно завершаются «глазком» ложной головы: в одних случаях она изображена в абстрактном стиле, в других - вполне реалистично. Птица клюет «глаз», отхватывает кусочек крыла, а бабочка ускользает. Даже с сильно изодранным крылом бабочка обычно в состоянии улететь, чтобы выгадать еще несколько часов жизни, использовать максимум шансов для спаривания.

Гороховая голубянка обладает вдобавок и камуфляжными «усиками». У голубянок, когда они сидят в позе отдыха, появляется неотличимая от настоящей «голова-обманка» - с глазка ми и парой ленточек, которые на ветру колышутся, точно усики.

Иногда глазки нарочно имеют большую величину и снабжены «зрачками», совершенно не похожими на реальные, фасеточные глаза бабочки. Это глаза позвоночного животного: кошачьи глаза, глаза хищника.

У дневного павлиньего глаза на верхней стороне передних крыльев - два лилово-черно-кремово-красных глазка, а на верхней стороне задних крыльев - два лилово-черно-кремовых, да еще с узкими полосками «зрачков». Столкнувшись с хищником, павлиний глаз демонстрирует ему все эти красоты, да к тому же издает шипение - этот звук слышится, когда передние и задние крылья трутся друг об дружку жилками.

Взгляд змеи. Демонический взгляд.

Перламутровка пестрая

Узор с нижней стороны крыльев тоже может камуфлировать, отвлекать или пугать. Раздвинутые крылья репейницы - откровенная реклама: черное с оранжевым предостережение: «Хорошенько подумай, прежде чем со мной связываться!» Однако когда репейница сидит со сложенными крыльями, коричневые тона испода легко сливаются с фоном - ветками, землей. Но вот репейницу засекли - тогда она делает передним крылом выпад, показывая ранее невидимое оранжевое пятнышко. Хищник видит внезапную яркую вспышку. Пятнышко снова скрывается под задним крылом. Сойка испугана этим неожиданным поворотом событий, сбита с толку: «Кого я, собственно, тут ищу - кого-то ярко окрашенного или кого-то в камуфляже?»

Долгое время биологи считали, что цветные узоры на крыльях развились, чтобы бабочкам было легче узнавать особей противоположного пола. У многих видов самцы окрашены иначе, чем самки. У голубянки идас самец голубой, а самка бурая. Чарльз Дарвин был убежден, что пленительные оттенки голубого обусловлены выбором самок: дамы предпочитают более ярко окрашенных партнеров, и самцы стараются соответствовать их требованиям.

Но у многих видов самки, по-видимому, не отдают какого-то отчетливого предпочтения тому или иному цвету зримого спектра. Экспериментируя с желтушками, исследователи окрашивали крылья самцов в зеленый, красный, голубой или оранжевый цвета. Самки по-прежнему узнавали самцов - вероятно, по запаху - и спаривались с ними. Только способность крыла отражать невидимый для человеческого глаза ультрафиолет, возможно, влияет на реакцию самок, да и то не у всех видов.

Самцы, с другой стороны, в поисках потенциальных подруг действительно ориентируются по окраске. Самцы желтушки эвритемы, заметив на земле бумажное чучело - особенно если оно желтовато-зеленое, одного цвета с исподом самок их вида, - подлетают взглянуть на него поближе. Самцы других видов могут погнаться за алой ленточкой в волосах или мелькнувшим вдалеке голубым платьем…

Более того, окраска помогает самцам избегать друг друга. В глазах самца эвритемы крыло другого самца, отражающее ультрафиолетовые лучи, выглядит отталкивающе. Зрелище столь уродливого крыла заставляет отпрянуть как самцов этой желтушки, так и самцов близко родственных видов. Эти самцы не желают знакомиться друг с другом! Зачем тратить время на сватовство, чтобы, приблизившись, обнаружить - перед тобой особь твоего пола…

Искусство - это коммуникация.

Искусство - это ракетница, сигнализирующая о возможности сексуального контакта.

Искусство - это грубое мужское «отвали!».

Термин «чешуекрылые» - перевод-калька греческого lepidoptera. По-гречески значит «чешуйка», a pteron - «крыло». Крылья бабочки - это две прижатых одна к другой плоских тонких пластины, удерживаемые системой пустотелых трубочек - жилок. С обеих сторон - верхней и нижней - крылья покрыты рядами чешуек, частично перекрывающими друг друга. Стандартная чешуйка имеет клинообразную форму. Основание у нее гладкое, а верхушка зазубренная; с помощью стебелька чешуйка вставляется в надлежащий паз на плоскости крыла. Чешуйки имеются на разных частях тела бабочки, включая голову, брюшко, ноги и грудь. Чешуйки - это переродившиеся волоски; первоначально они, возможно, решали прозаическую задачу теплоизоляции.

Каждая чешуйка одноцветна. В узор они складываются по принципу мозаики. Цвет может быть обусловлен пигментацией самой чешуйки, или ее строением, или эффектом наложения чешуек друг на друга. Либо всеми тремя факторами сразу.

Пигменты, содержащиеся в чешуйке, отражают красный, оранжевый и желтый цвета, а также некоторые оттенки синего, зеленого и фиолетового. Наиболее распространенные пигменты - меланины. Их молекулы поглощают большую часть спектра; соответственно, окраска получается черная или в коричневых тонах. Темная окраска лучше удерживает свет, что помогает бабочке быстрее согреться на солнце. В высокогорных районах бабочки часто имеют темную окраску или усеяны темными пятнами.

Искусство - это тепло.

Строение чешуйки заставляет свет рассеиваться. Происходит дифракция. Почему у репницы крылья матово-белые? Потому что свет, падая на рифленую верхнюю поверхность чешуек, рассеивается во всех направлениях. Варьируя строение чешуйки - наращивая высоту бороздок или располагая их под другим углом, наполняя ее кристаллическими решетками или тонкими ярусами, расположенными на равном расстоянии друг от друга, - мы получим различные цвета и оптические эффекты: радужную синеву тропического морфо, атласный блеск филенора, изумрудное сияние хвостатки аффинис.

Палитра бабочки зависит от микронной разницы в размерах чешуйки, от малейшего утолщения бороздки.

Оптические эффекты гармонируют между собой. Структурные особенности, порождающие радужно-синий цвет, сочетаются с красным пигментом, отвечающим за то, чтобы у фиолетового цвета появился металлический отлив. Чтобы придать структурной белизне некоторых бабочек кремовый оттенок, необходима мочевая кислота - отходы жизнедеятельности. Перламутрово-белый обусловлен частичным наложением чешуек.

Мы любим бабочек еще и за то, что нам так легко их определять. Дневные бабочки подразделяются на восемнадцать тысяч видов - и каждому виду, за редкими исключениями, соответствует свой, уникальный рисунок крыла. Раздобудьте определитель, потратьте несколько дней, и вы научитесь с первого взгляда распознавать все основные виды, распространенные в вашей местности. Вот репейница. Вот шашечница поладриас. А это желтушка цезония. Благодаря бабочкам мы можем чувствовать себя страшно умными.

А на самом деле это сами бабочки страшно методичны. Биолог Фредерик Ниджхаут напоминает нам, что каждый элемент крыла бабочки - «это не просто случайная крапинка или полоска, какие мы видим на шкурах млекопитающих». Нет, каждая деталь узора заложена в проектную документацию. Модульные элементы этих пятен, полосок и каемок могут варьироваться по цвету, форме и количеству, но их расположение на крыле весьма стабильно.

Узоры на крыле бабочки, пишет Ниджхаут, «столь же неизменны и первичны», как черепные кости и конечности рыси, слона или кита. Они демонстрируют, «какого разнообразия можно добиться, переставляя и по-разному комбинируя относительно малое количество базовых элементов».

Перемешать, подобрать по цвету, прибавить, убавить.

Искусство - арифметический фокус.

Раздобудьте определитель, потратьте несколько лет, и все равно ошибок не избежать. Это поначалу распознавание бабочек кажется простым делом, но эта простота обманчива. Чувствуешь себя уверенно. Задираешь нос. Упиваешься звуком собственного голоса. Но стоит присмотреться внимательнее…

Отдельные особи одного вида несколько разнятся между собой, что естественно. Глазок чуть покрупнее, окраска поярче…

Самцы могут поразительно отличаться от самок того же вида. Самка парусника главка может выйти из хризалиды полосатой, под стать самцу, или окрашенной в темные тона (мимикрируя под темно-синего несъедобного филенора). У желтых самок главка и дочки желтые. У черных черные.

Особи одного вида могут отличаться и внешними признаками мутации. Естественный отбор работает так: некая особенность окружающей среды или какой-то другой фактор влечет за собой гибель некоторых индивидов, а другие индивиды остаются живы и успешно производят на свет потомство. В результате естественного отбора может оказаться, что целая популяция или группа животных перенимает адаптационную стратегию (мутационный признак или измененное свойство) у наиболее приспособленного индивида.

Бабочки одного вида, живущие в разных ареалах, могут различаться внешне и образовывать различные географические расы. Каждая раса адаптирована к условиям жизни именно в этом ареале. Чем дальше на север едешь по Великобритании, тем более блеклой становится болотная сенница, тем меньше у нее глазков. Популяции или расы одного вида, максимально удаленные друг от друга на шкале внутривидовой изменчивости, можно принять за два разных вида.

Есть также виды, для которых характерен «полиморфизм поколений». Местность одна и та же, но бабочки, рожденные в разное время, выглядят по-разному. Пестрокрыльницы, выходящие из куколок весной, похожи на перламутровок, а более поздние, летние, - на ленточников камилла.

Вариация одной африканской бабочки, соответствующая холодному сезону засухи, имеет на исподе крыльев крохотные глазки. У вариации, соответствующей теплому сезону дождей, глазки крупнее. В засушливую холодную погоду бабочки в основном пассивны, и крупные глазки могут сделать их более заметными для птиц и ящериц; неброский рисунок - более надежная защита. Когда тепло и сыро, предпочтительнее крупные глазки, отвлекающие хищников.

У подобных видов узор крыла зависит от температуры окружающей среды. Решение принимается либо в период развития гусеницы, либо во время формирования взрослой особи в куколке. У вышеупомянутой африканской бабочки маленькие глазки формируются, когда куколке прохладно, а большие - когда куколке тепло.

Приспосабливаясь к смене времен года, такие виды производят на свет потомство, которое способно отреагировать на эти перемены; потомство, которое не погибнет прежде времени. Однако когда ученые стали выращивать этих бабочек в лаборатории при постоянной температуре и намеренно вывели два подвида с мелкими и крупными глазками, к двадцатому поколению бабочки утратили способность к диморфизму, потеряли гибкость. И в жару, и в холод у одного подвида вылуплялись бабочки с мелкими глазками, а у другого - с крупными.

Вот черный парусник главк. А рядом, на том же цветке, такой же парусник главк, только желтый. Краеглазка эгерия в Скандинавии окрашена светлее, чем в Северной Африке. Есть вид, у которого в сезон дождей особи красные, а в сезон засухи - голубые. Другой вид потемнел в ответ на загрязнение воздуха. У кого-то становится одним глазком больше. У другого - одним глазком меньше.

Искусство - беспрерывный диалог с миром.