Феоктистова Н. | Красивейшие из прекрасных

Красивейшие из прекрасных

ЗООЛОГИЯ

Н.Ю. ФЕОКТИСТОВА

Красивейшие из прекрасных

Cethosia penthesilea

Мир бабочек поражает воображение своим многоцветием, изяществом и особым, неповторимым, очарованием. Как и цветущие растения, бабочки считаются эталоном красоты и совершенства. Недаром в Древнем Риме верили, что бабочки – это ожившие цветы, вспорхнувшие со своих стеблей. Бабочки обитают на всех континентах Земли и в самых разнообразных ландшафтах. Нет их только в Антарктиде.

Всего в мире известно около 140 тыс. видов бабочек. Появились эти замечательные насекомые на Земле относительно недавно, в третичном периоде или немного ранее, их эволюция и эволюция цветков покрытосеменных растений шли «рука об руку». Название отряда – Lepidoptera, означает «чешуекрылые». Мексиканские шаманы утверждают, что чешуйки с крыльев бабочек – это «золотая пыльца», несущая людям знания. И это действительно так!

Чешуйки разной формы на крыльях аполлона

Чешуйки – удивительные изобретения природы, которые миллионы лет верой и правдой служат бабочкам, а сейчас, когда люди стали изучать свойства этих удивительных структур, могут послужить и нам. Чешуйки на крыльях – это видоизмененные волоски. Они имеют разную форму. Например, по краю крыла бабочки аполлона (Parnassius apollo) располагаются очень узкие чешуйки, почти не отличающиеся от волосков. Ближе к середине крыла чешуйки расширяются, но на концах остаются острыми. И, наконец, совсем близко к основанию крыла находятся широкие чешуйки, похожие на полый мешочек, прикрепленный к крылу крохоткой ножкой. Чешуйки располагаются правильными рядами поперек крыла: их концы обращены кнаружи и прикрывают основания следующих рядов.

Эксперименты показали, что чешуйчатый покров бабочек обладает целым рядом совершенно удивительных свойств, например, хорошими теплоизоляционными свойствами, которые максимально проявляются у основания крыла. Наличие чешуйчатого покрова увеличивает разницу между температурой насекомого и температурой окружающей среды в 1,5–2 раза. Кроме того, чешуйки крыла участвуют в создании подъемной силы. Кто из нас не замечал с сожалением, что если бабочку подержать в руках и часть ее ярких чешуек останется на пальцах, то насекомое будет уже с большим трудом перепархивать с места на место.

Кроме того, как показали эксперименты, чешуйки гасят звуковые колебания и снижают вибрацию тела насекомого во время машущего полета. Но и это еще не все. Во время полета на крыле насекомого возникает заряд статического электричества, а чешуйки помогают этому заряду «стекать» во внешнюю среду. Подробное изучение аэродинамических свойств чешуек бабочек привело к тому, что ученые предложили создать покрытие для вертолетов, разработанное по образу и подобию чешуйчатого покрова крыльев бабочек. Такое покрытие позволит улучшить маневренные свойства винтокрылых машин. Более того, подобный покров может пригодиться для парашютов, парусов яхт и даже костюмов спортсменов.

Замечательная окраска бабочек также зависит от их чешуйчатой одежды. Сами перепонки крыльев бесцветны и прозрачны, а в чешуйках находятся пигментные зерна, которые и обусловливают чудесную окраску. Пигменты избирательно отражают свет с определенной длиной волны и поглощает остальной. В природе вообще все цвета образуются в основном именно таким образом. Зеленые растения содержат пигмент хлорофилл, который поглощает свет всех длин волны, кроме зеленой. Гемоглобин крови отражает только красный цвет и поглощает все другие. Однако пигменты могут отражать только 60–70% поступающего света, и поэтому цвета, обусловленные наличием пигмента, никогда не бывают такими яркими, какими могли бы быть теоретически. Поэтому виды, для которых жизненно важной является особенно яркая окраска, «ищут» возможность ее усилить. У многих видов бабочек, особенно тропических, помимо обычных пигментных имеются особые чешуйки, которые называются оптическими. Они позволяют насекомым становиться обладателями по-настоящему сверкающих одежд.

В оптических чешуйках возникает тонкослойная интерференция, оптический эффект которой можно наблюдать (в виде радужных переливов) на поверхности мыльных пузырей или в луже, куда попали капли бензина или масла. Нижняя часть оптических чешуек пигментирована; пигмент не пропускает свет и тем самым придает большую яркость интерференционной окраске. Лучи света, проходя через прозрачные чешуйки на крыле, отражаются как от их внешних, так и от внутренних поверхностей. В результате два отражения как бы налагаются и усиливают друг друга (правда, возможен и обратный эффект, когда два отражения гасят друг друга). В зависимости от толщины чешуек и коэффициента преломления происходит отражение света с определенной длинной волны (все остальные лучи поглощаются пигментом). Бабочки «выстраивают» на наружней поверхности своих крыльев тысячи и тысячи крохотных тонкослойных зеркал-чешуек, и каждое такое крохотное зеркальце отражает свет определенной длины волны. В результате возникает совершенно потрясающий эффект отражения необыкновенной яркости.

Morho

Рекордсменами по самой яркой в мире окраске являются представители южноамериканского рода Morho и австралийский парусник улисс (Papilio ulysses). Крупные (до 15–18 см), сверкающие голубым металлом морфо, пожалуй, известны всем. Это самые заметные насекомые, населяющие тропические леса Амазонки, мечта всех коллекционеров. Летают они на большой высоте, некоторые вообще не опускаются к земле ближе, чем на 6 м. Аналогичным образом ведут себя и парусники улисс. Верхняя часть их крыльев также окрашена в синие и голубые тона, переливающиеся подобно отполированному металлу. Даже когда улиссы танцуют на расстоянии более 30 м от земли, голубые вспышки на их крыльях не могут не привлечь внимания.

Разрез через чешуйку Morho

Разрез через чешуйку Papilio ulysses

Однако неоновой чудо-окраской обладают не только морфо и улиссы, но и другие бабочки, например, некоторые виды нимфалид (Nymphalidae), голубянок (семейство Lycaenidae), белянок (Pieridae) и некоторых других. Из видов, обитающих в нашей Средней полосе, интерференционная окраска лучше всего заметна у переливниц (роды Apatura и Limenitis). Издалека крылья этих довольно крупных бабочек кажутся почти черными, но вблизи отливают выраженным металлическим блеском – от ярко-синего до фиолетового.

Механизм возникновения сияющей интерференционной окраски на крыльях, снабженных оптическими чешуйками, был описан выше лишь в самых общих чертах. Многие детали пока просто неизвестны. Чудесное сияние обусловлено целым рядом оптических механизмов, работу и возможности которых ученые только начинают постигать.

Ornithoptera priamus

Например, только недавно стало известно, что сходный интерференционный эффект может создаваться с помощью различных микроструктур, обладающих уникальными оптическими свойствами. У тех же морфо и улиссов, окраска которых так схожа, оптические структуры на крыльях отличаются друг от друга. Но не только у видов, относящихся к разным семействам, но и у близких видов структурная окраска может создаваться за счет разных оптических эффектов. Изучением тонкостей этих эффектов, с использованием самой современной техники, сейчас вплотную занялись физики-оптики из Университета Exeter (University of Exeter) При этом физики совершают неожиданные находки, которые оказываются интересными не только для них, но и для биологов, изучающих эволюционные процессы. Последние постоянно задаются вопросом: «Почему?» Почему, например, самцы многих видов животных окрашены ярче, чем самки, хотя это делает их гораздо более заметными для хищников. В значительной степени это относится и к бабочкам со структурной окраской. Такая окраска часто (но не всегда!) встречается только у самцов. И они становятся более заметными и более уязвимыми. Однако если подобное положение вещей поддерживается эволюцией, значит самцы с яркой внешностью являются более успешными во взаимоотношениях с самками. Известно, что у бабочек конкуренция среди самцов за право обладать «дамой» весьма высока. Мы уже писали об этом в нашей газете («Биология» № 35/2002).

Существует две основных гипотезы о том, как яркий цвет самцов бабочек влияет на успех их спаривания с самками. Согласно первой, наиболее яркие самцы могут отвоевать большую территорию и, соответственно, обеспечить себе доступ к большему числу самок. Вторая гипотеза сводится к тому, что самки и сами предпочитают наиболее красочных кавалеров. Если верно первое предположение, то наиболее ярко окрашенными будут самцы наиболее агрессивных и территориальных видов. Исследователь Рональд Рутовский из Университета штата Аризона провел целый ряд экспериментов с таким, весьма нетерпимым к присутствию собратьев-конкурентов, видом бабочек Hypolinas bolina. Самцы этого вида обладают весьма крупными пятнами на крыльях со структурной окраской. Эти пятна отражают ультрафиолетовый свет, не видимый нашему глазу, но отлично заметный для бабочек и многих других видов животных. Рутовский отловил самцов бабочек на определенной территории и с помощью черного маркера закрасил ультрафиолетовое пятно на их крыльях. К своему удивлению, исследователь обнаружил, что проделанная им манипуляция совершенно не отразилась на сложившейся структуре территориальных отношений самцов. Следовательно, первая гипотеза, об участии структурной окраски в организации таких отношений, сейчас кажется маловероятной.

Была проверена и вторая гипотеза. На этот раз исследователи работали с бабочкой Colias eurytheny. Самцы этого вида, подобно самцам Hypolinas bolina, обладают пятнами со структурной окраской, отражающей ультрафиолет. Исследователь Роберт Сильберглайд и его коллеги отлавливали самцов и, используя различные чернила, закрашивали на их крыльях разные участки – как отражающие ультрафиолет, так и не отражающие его. Потом раскрашенных определенным образом самцов демонстрировали неоплодотворенным самкам. Оказалось, что те предпочитали самцов, у которых ультрафиолетовые «отражатели» были закрашены в меньшей степени. Закрашивание же иных участков никакого влияния на выбор самок не оказало. Итак оказалось, что самки действительно предпочитают «ярко одетых».

Но пока ученые находятся только в начале пути, объясняющего формирование сияющей окраски у бабочек. Почему, например, некоторые виды обзавелись специальными структурами, отражающими свет, а другие нет? Почему у одних видов блестящей окраской обладают только самцы, а у других – таких, как, например, улисс, одинаково ярко сверкают оба пола? Почему бабочки даже близких видов часто используют разные способы для создания эффекта оптической окраски?

А еще, почему все бабочки, у которых отмечена интерференционная окраска, используют только «холодные» цвета – голубой, зеленый, фиолетовый?.. Множество же оттенков желтого, оранжевого и красного не воспроизводятся с помощью оптических чешуек, хотя, с точки зрения физики, «противопоказаний» на этот счет нет абсолютно никаких.

Чешуйки крыла Ulysses

На многие вопросы пока нет ответов, но новые идеи по поводу возможной эволюции яркого цвета возникают у ученых постоянно. Одна из таких идей носит название «Ты не можешь меня поймать!» и основана на том, что яркий структурный цвет часто используется проворными, быстро летающими видами, якобы для того, чтобы «сказать» летающим хищникам: «Не старайтесь, вы все равно меня не поймаете, не тратьте лишние силы». Однако наличие элементов интерференционной окраски у более мелких и не столь хорошо летающих видов бабочек противоречит этой гипотезе.

Возможно, в скором будущем мы узнаем еще много интересного о сияющих бабочках и их особой окраске. Ну а пока следует очень бережно относиться к самым чудесным и изящным созданиям на Земле.

Многие виды парусников, нимфалид и других бабочек уже занесены в Красную книгу и нуждаются в охране. Для охраны редких и наиболее красивых видов создаются специальные микрозаповедники и заказники. А чтобы удовлетворить запросы коллекционеров и тех, кто хотел бы увидеть прекрасных насекомых не наколотыми на булавки, а в их естественном состоянии, бабочек разводят искусственно. В Европе организован целый ряд крупных инсектариев, где разводят тысячи видов. Любой турист может посетить специальную флористическую теплицу, где летают и присаживаются на специальные кормушки самые замечательные бабочки мира. Только во Франции существует 12 специальных оранжерей, в которых под стеклянным куполом разводят красивых бабочек. И не только разводят, но и наблюдают за их жизнью.

В подобных оранжереях ученые делают замечательные открытия. Однажды молодому исследователю, выпускнику Измирского Университета Месута Касикджи удалось наблюдать совершенно уникальное событие – спаривание самки самой крупной ночной бабочки Attacus atlas (из семейства павлиноглазок) с самцом очень красивого вида морфо – Morpho cypris, представителем, как уже говорилось, совершенно другого семейства. Самец морфо, вероятно, был привлечен сильным запахом феромона, исходившим от неоплодотворенной самки, и в течение примерно 10 минут спаривался с ней. Видимо, запах привлекающих веществ достаточно сходен у бабочек даже из разных систематических групп и к тому же обитающих в разных частях света (морфо живут в Южной Америке, а атласы – в Юго-Восточной Азии). После спаривания самка Attacus atlas отложила яички, но из них, конечно, никто не вылупился. Кстати, нормальное спаривание у атласов продолжается до 36 часов! Самцу приходится изрядно потрудиться, чтобы оплодотворить около 200 яичек, продуцируемых самкой...

Весной этого года экспозиция, представляющая собой застекленную витрину с воссозданным уголком тропического леса, где среди растений летают настоящие тропические бабочки, была создана в Московском зоопарке, в павильоне «Фауна Индонезии». Небольшие, но очень нарядные бабочки геликонии (Heliconia melpomena), яркие морфо (Morpho peleides), изящные тайские парусники Papillio palinurus, представленные здесь, вывелись из куколок, подаренных зоопарку Группой компаний «Агропром-МДТ». Бабочек подкармливают раствором меда, пыльцой и сочными фруктами. К сожалению срок жизни взрослых бабочек невелик, всего около 2 недель, так что экспозицию придется постоянно обновлять. Предполагается, что со временем, некоторые виды бабочек будут разводить непосредственно в зоопарке, пока же куколок доставляют со специальной фермы (в России тоже имеются компании, занимающиеся разведением красивых экзотических бабочек на продажу). Такая же экспозиция была открыта и в Киевском зоопарке. Иногда фирмы, разводящие бабочек, устраивают и собственные экспозиции, а иногда выставки живых бабочек организуют и мастера-одиночки, самостоятельно разводящие этих красивейших насекомых.