Красота бабочек

Бабочки занимают особое место в человеческой культуре, потому что они используют свои крылья не только для полета, но и как холст для одних из самых поразительных узоров в природе. Произойдя от предка, похожего на моль, около 60 миллионов лет назад, их невероятная красота и метафорическая сила полного преображения из неприглядной куколки сделали бабочек объектом восхищения и вдохновения.

Природа, развитие и эволюция этих невероятно разнообразных украшений (из более чем 18 000 видов бабочек почти все различаются узором крыльев) также привлекают внимание ученых. Хотя их изучают с древности, многие секреты бабочек продолжают раскрываться, как показывают исследования, опубликованные в журналах PLOS и других открытых источниках за последние 12 месяцев.

Функции и эволюция узоров

Узоры на крыльях бабочек служат многим функциям, связанным с выживанием: камуфляж, мимикрия, распознавание партнера или предупреждающие сигналы. Поскольку преимущества этих функций зависят от среды, местоположения и других (также эволюционирующих) существ, таких как хищники или другие бабочки, движущие силы эволюции узоров сложны, а механизмы их возникновения удивительно элегантны.

• Исследование в PLOS Biology показывает, как возникли узоры крыльев у 17 видов амазонских бабочек Heliconius. Оказалось, что модульные участки регуляторной ДНК, контролирующие «главный ген» красного цвета optix, смешивались и сочетались при скрещивании разных видов. Это позволило появиться сложным комбинациям красных пятен «dennis» (на передних крыльях) и лучей (на задних крыльях) у разных видов. Такая модульность должна облегчать распространение общих миметических узоров и способствовать инновациям.

Сезонные изменения и механизмы развития

Крайняя тонкость вариаций узора наблюдается у видов вроде Bicyclus anynana, у которых разные формы в сухой и влажный сезон соответствуют разным хищникам (в основном позвоночным и беспозвоночным соответственно). Исследование в PLOS Genetics показывает, что температура, при которой развиваются личинки, определяет уровень гормона 20-гидроксиэкдизона. Именно уровень этого вещества определяет, разовьются ли на задних крыльях глазчатые пятна.

Природа цвета

Цвета чешуек на крыльях бабочек возникают благодаря двум принципиально разным механизмам:

1. Пигментация (например, оммохромы, придающие красный цвет пятнам и лучам у Heliconius).
2. Структурная окраска — нано-инженерия структуры чешуйки для создания фотонных устройств. Именно она придает крыльям наиболее яркие переливчатые визуальные эффекты. Исследование в Scientific Reports успешно имитировало ярко-синий цвет Morpho didius, создавая нанометровые массивы полимера, похожие на рождественские елки и напоминающие настоящие чешуйки Morpho.

Развитие крыльев

Исследования с помощью 3D конфокальной микроскопии (PLOS ONE) показывают, как плоские клетки личиночного зачатка крыла («имагинальный диск») удлиняются во время окукливания, образуя эпителиальный слой глубиной более 100 микрон. Толщина этого эпителия, по-видимому, отражает будущий узор крыла: глазчатые пятна соответствуют заметным выпуклостям в развивающемся органе. Математическое моделирование (PLOS ONE) исследует, как могут задаваться позиции множественных глазчатых пятен, а в исследовании BMC Developmental Biology изучается потенциальная роль дальнодействующих волн ионов кальция.

Узоры для разных «зрителей»

Хотя узоры крыльев часто служат для снижения шансов быть съеденными, глаза хищников — не единственная «целевая аудитория». Исследование в Zoological Letters показывает, что пигментные и структурные цвета в крыльях Papilio xunthus соответствуют спектральным свойствам их собственных глаз, что согласуется с гипотезой об использовании цветов для поиска партнеров своего вида.

На выживание бабочек могут влиять и человеческие глаза. Исследование PLOS ONE показало, что один аспект узора их крыльев — глазчатые пятна — повышает воспринимаемую привлекательность бабочки и положительно влияет на отношение людей к их сохранению.

Наконец, исследование PLOS ONE на примере узоров крыльев примитивного рода моли Micropterix показывает, что связь между узором и жилкованием крыла оставалась почти неизменной в течение десятков миллионов лет с момента их разделения с бабочками.