Зрительная система бабочек меняется в зависимости от сезона
Смена тёплого лета на прохладную осень — стресс для многих животных. Выживание в каждом сезоне требует множества физиологических и поведенческих адаптаций.
Один из очевидных способов адаптации — изменение окраски. Бабочка обыкновенный павлиний глаз (Junonia coenia) уже более ста лет интересует учёных из-за контраста между летними особями со светлыми крыльями и осенними — с тёмными. Одно из объяснений: тёмная окраска помогает повысить температуру тела в прохладную погоду, как и увеличение времени, проводимого на солнце.
Исследование генетических и поведенческих изменений
Команда исследователей из Университета Арканзаса и Корнеллского университета решила проверить, связаны ли эти сезонные изменения с генетическими изменениями в зрительной системе бабочек. Цель — подтвердить, что смена окраски крыльев сопровождается изменениями в поведении и чувствительности к определённым цветам, поскольку цветовое зрение влияет на многие модели поведения.
С 2018 по 2021 год учёные отлавливали и записывали поведение бабочек в прериях северо-западного Арканзаса (Вулси, Честни и Стамп) с мая по ноябрь. Исследование опубликовано в журнале Functional Ecology.
На основе тканей глаз пойманных бабочек они изучили различия в экспрессии генов у тёмных осенних и светлых летних особей. Выяснилось, что по сравнению с летними, осенние бабочки с большей вероятностью проводят время, греясь на солнце.
Хотя доказательств изменения чувствительности к цвету в зависимости от времени года не нашли, команда подтвердила сезонные паттерны в экспрессии многих других генов, важных для зрения и развития глаз. Это указывает на то, что бабочки могут видеть окружающий мир по-разному в зависимости от того, в какое время года они развивались как гусеницы.
Следующий шаг — определить, какой именно фактор среды развития вызывает эти изменения в зрительной системе (взрослые бабочки живут всего 8–10 дней, поэтому испытывают только один сезон). Это изменение температуры, визуальной среды или какой-то другой сенсорный сигнал?
Значение полевых исследований
Наблюдательные исследования поведения и лежащей в его основе экспрессии генов в диких популяциях животных редки, так как естественные условия вносят дисперсию, затрудняющую выявление значимых закономерностей. Данное исследование выявило чёткие сезонные паттерны даже вне контролируемых лабораторных условий.
Основную полевую работу провела Грейс Хирзель, аспирант кафедры биологических наук Университета Арканзаса, под руководством Эрики Вестерман, доцента биологических наук и ответственного автора статьи.
«Работа с дикими популяциями позволила нам изучить, как животные реагируют на время года в целом и в естественных условиях», — пояснила Хирзель. — «Бабочки не только по-разному взаимодействуют с миром в зависимости от сезона, но и, вероятно, видят его по-разному. Павлиний глаз — лишь один из многих видов с очевидными сезонными признаками. Изменения в развитии сенсорной системы, которые мы обнаружили, могут быть общей стратегией, используемой многими животными для выживания в меняющихся сезонных условиях».
Почему бабочки павлиний глаз — идеальный объект
Вестерман специализируется на изучении зрительной системы бабочек. По её словам, её интересует фундаментальный вопрос: меняются ли наши сенсорные системы в зависимости от среды и насколько они пластичны.
«Хорошее начало — вид, у которого уже известна пластичность в других областях», — говорит Вестерман. — «Мы знали об пластичности их рисунка крыльев. Если мы хотим обнаружить пластичность сенсорной системы в природе, этот вид хорошо подходит... Это наш первый шаг в попытке ответить на большой вопрос: "Как среда развития влияет на наше сенсорное восприятие?"»
Она также отметила, что одна из причин работы с этим видом — его высокая численность в Арканзасе, хотя он встречается по всей стране.
«Для меня и Грейс было важно работать с местной популяцией. Это обычная для Арканзаса бабочка, очень красивая, и я считаю важным, чтобы виды, обычные здесь, в Арканзасе и центральных равнинах, также были представлены в большом научном сообществе».