2014-05-09

Ехолокація у метеликів-совок

5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 голос)

У дев'яності роки минулого століття тихо і майже непомітно йшов процес, який за його результатами можна охарактеризувати як відкриття ехолокації у комах. Мова, звичайно ж, іде не про всіх комах, а поки тільки про нічних метеликів-совок - пухнастих створінь з очима, що світяться помаранчевим світлом в променях електричних ламп. Совки здатні сприймати ультразвуки: вже точно відомо, що до 150 кГц вони чують дуже добре. Слухова система цих комах примітна ще й тим, що морфологічно і функціонально вона тісно пов'язана з нервовими центрами управління польотом. Крила совок задіяні в процесі генерації ультразвукових клацань, спектр яких також досягає до 150 кГц. Найбільш часто метелики можуть клацати в темпі 1 клацання на помах або 30-40 разів на секунду. Але зазвичай в лабораторних умовах вони або «мовчать», або видають короткі серії ультразвукових імпульсів. Однак вдалося розробити методики, які дозволили показати, що совки сприймають сигнали, схожі за параметрами з очікуваною луною, і орієнтуються у темряві на фоні генерації ними ультразвуків - іншими словами, вони здатні до ехолокації. Проте вже з перших дослідів стали швидко накопичуватися суперечності, кожна з яких цілком могла стати «фатальною» для ехолокаційної гіпотези.

Перш за все, було виявлено, що совки дуже неохоче клацають у повній темряві, коли, здавалося б, ехолокація їм найбільше потрібна. Після того як вдалося сфотографувати траєкторії польотів метеликів, додатково з'ясувалося, що виміряної раніше слухової чутливості совок зовсім недостатньо для забезпечення ехолокаційного процесу.

Першою вдалося вирішити проблему низької середньої частоти генерації клацань. Ідея експерименту народилася з декількох спостережень, коли совки раптом починали клацати на світлі при підльоті до перешкод. Сам експеримент полягав у наступному: метелику, попередньо приклеєного воском до тонкого пружинного повідця, демонстрували на проекційному екрані зображення стовбура дерева, який рухається йому назустріч. Світлий фон екрану приблизно відповідав за яскравістю земним предметам, освітленим Місяцем. Совка на повідку починала частіше клацати у міру наближення такого «дерева» і особливо часто - коли розрахункова дистанція від «дерева» до метелика скорочувалася до 20 см. Стало ясно, що зір і ехолокація у совок працюють спільно, причому зір ініціює роботу ехолокатора. Але тоді постало інше питання - чому совки під час нічної активності не перейшли повністю на ехолокацію, як це зробили летючі миші? Цій темі судилося залишатися без рішення ще шість років, поки йшла робота із, здавалося б, не пов'язаною з нею проблемою невідповідності теоретичних оцінок чутливості ехолокатора совок і фактів, отриманих у ході дослідження ехолокаційних можливостей цих метеликів.

Існують два основні методи оцінки слухової чутливості: «електрофізіологічний», при якому досліджують зміни електричної активності нейронів слухової системи у відповідь на дію акустичних стимулів, і «поведінковий», оснований на реєстрації характерних рухових реакцій тварини. На момент початку дослідження ехолокації у совок ще не існувало надійних поведінкових методів вимірювання акустичної чутливості метеликів, а «електрофізіологічні» дані стабільно показували такі характеристики слуху, які аж ніяк не відповідали реальним ехолокаційним можливостям совок. Зокрема, за електрофізіологічними даними найкращий діапазон чутливості у совок виявився істотно «зсунутим вниз» за частотою щодо спектрального максимуму ехолокаційного клацання, іншими словами, слухова система виявилася «не налаштованою» на параметри очікуваної луни.

Ключем до вирішення цієї проблеми - так само як і багатьох інших - послужило спостереження, яке показало, що совки, сприйнявши штучне відлуння, починали частіше клацати. Цей ефект в чомусь був схожий з реакціями метеликів на зорові стимули. Таке почастішання можна було використовувати як ознаки реакції. Так з'явився «поведінковий» метод, який вперше дозволив з високою надійністю вимірювати ехолокаційні пороги метеликів. У 2000 році після кількох пробних дослідів і додаткового налагодження програм почалися основні експерименти паралельно на двох видах совок. Перші ж досліди показали, що реальна акустична чутливість метеликів значно вища від передбачуваної. Згідно з новими даними, совки з високою ймовірністю можуть сприймати луну від предметів на відстані до 0,5 метра (при одиничному коефіцієнті відбивання). У чому ж була причина настільки істотного неспівпадання результатів, отриманих різними методами?

Виявилося, що слухова система совок може підлаштовуватися під параметри конкретного сигналу: у момент випромінювання ехолокаційного клацання зона максимальної слуховий чутливості розташована в області 50 кГц - там, де знаходиться один з основних спектральних піків власних клацань, але вже через 12-15 мілісекунд настройка зміщується до 20 кГц. Ці дані багато в чому прояснили витоки відмінностей в оцінках акустичної чутливості совок. Але виникло цілком природне запитання - який біологічний сенс в подвійній перебудові слухової системи метеликів на кожне клацання (друге зміщення області максимальної чутливості «нагору» за частотою, повинно було передувати клацанню)? Як і в динаміці випромінювання клацань, так і в слуховий системі совок спостерігалося незрозуміле ускладнення роботи без очевидних переваг з точки зору підвищення ефективності ехолокації.

Мабуть, вся справа в тому, що совки знаходяться під постійним пресингом летючих мишей і втрати комах від цих хижаків досить великі. Ці дві групи тварин є першою відомою науці системою хижак-жертва, в якій обидві сторони використовують ультразвукову ехолокацію. Природно вважати, що в процесі спільної еволюції пов'язаних між собою об'єктів їхні локаційні системи розвивалися в напрямку максимально ефективної протидії можливостям контрагентів. Оскільки переважна частина еволюційних рішень, по суті, компромісна, то в рамках такого протистояння неминуче повинні модифікуватися параметри всіх основних елементів ехолокаторів, причому і у хижаків, і у жертв. Саме цим можна пояснити збереження у совок провідної ролі зорового каналу, оскільки часто клацаючи метелик з високою ймовірністю виявить себе перед летючими мишами, які використовують при власній ехолокації той же ультразвуковий діапазон.

По суті, тими ж причинами можна пояснити і особливості роботи слухової системи совок. Можливо, скануючи зоною підвищеної чутливості частотний діапазон, метелики ще до наближення хижака можуть оцінити за відбитими від нього акустичними сигналами рівень небезпеки самовиявлення. Крім того, сканування дає комахам можливість аналізувати спектральний склад звуків і, таким чином, розрізняти особливості ехолокаційних криків летючих мишей різних видів.

За матеріалами vokrugsveta.ru.

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus