Исследование окраски бабочек подтверждает гипотезу эволюционной экологии о давлении хищников

Международная группа исследователей использовала открытые цифровые коллекции для проверки давней гипотезы в эволюционной экологии. Классическая гипотеза предполагает, что хищники способствуют большому разнообразию камуфляжа и ограниченному разнообразию предостерегающих сигналов, но эта идея никогда не проверялась на естественной добыче.

Исследователи под руководством Хельсинкского университета провели эмпирическую проверку гипотезы, проанализировав тысячи изображений из баз данных по биоразнообразию в новаторском исследовании вариаций окраски бабочек. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Теория фокусируется на защитных механизмах добычи под давлением хищников, таких как птицы. Замаскированная, или "криптическая", добыча стремится нарушить "поисковый образ" хищника и поэтому демонстрирует широкий спектр узоров и цветов.

В отличие от них, ядовитая добыча использует стратегию "апосематизма", сигнализируя о несъедобности с помощью отличительных отметин, и поэтому придерживается единообразного предостерегающего сигнала. Иными словами, криптическим видам не нужно быть узнаваемыми, а апосематическим — нужно, что создает разное эволюционное давление на вариацию их окраски.

"Десятилетиями исследования были сосредоточены на объяснении, почему апосематические виды изменчивы, хотя теория этого не допускает", — говорит профессор Йоханна Маппес из Хельсинкского университета. Но, несмотря на дискуссии, до сих пор никто не проверял эмпирически лежащую в основе гипотезу.

Вместо полевых работ команда получила данные из оцифрованных коллекций Музея естественной истории в Лондоне, Глобального информационного фонда по биоразнообразию (GBIF) и сети Symbiotica Collections of Arthropods Network.

Было изучено 2800 изображений крыльев 82 видов бабочек для оценки вариации узоров и цветов внутри каждого вида. Статистические тесты учитывали эволюционную историю и экологические влияния, чтобы определить, различается ли вариативность между криптическими и апосематическими видами.

Результаты подтвердили классическую гипотезу: замаскированные виды демонстрировали большую вариацию узоров на крыльях, чем апосематические виды. Однако разница в вариативности наблюдалась не по всем измеряемым параметрам. Хотя криптические виды показывали большее разнообразие узоров, вариация цвета и контраста для этих узоров была поразительно схожей между криптическими и апосематическими видами.

Это говорит о том, что вариабельность узора может быть более важной для нарушения поискового образа хищников, в то время как сохранение ключевых цветовых характеристик необходимо для маскировки или сигнализации на конкретных поверхностях в их среде обитания. Цель предостерегающей сигнализации у апосематических животных также может допускать большую вариацию цвета, чем предполагалось ранее.

"Конечно, вариация есть и среди апосематических видов, просто её меньше, чем среди криптических", — отмечает профессор Маппес.

Это исследование также подчеркивает неиспользованный потенциал цифровых коллекций как полигона для проверки важных научных вопросов. Ответы могут уже существовать в музеях — не в забытых подвалах или на пыльных полках, а в оцифрованном и свободно доступном онлайн-формате.

Однако, по словам профессора Маппес, музеи естественной истории всё ещё недооцениваются как ресурс для проверки эволюционных и экологических теорий. Коллекции могут предложить мощный исследовательский путь для эмпириков, которым в противном случае приходится иметь дело с ограниченными возможностями при проверке теорий, охватывающих временные масштабы поколений и континентальные пространства.

В заключение, это новаторское исследование показывает, что ответы на эволюционные вопросы могут уже находиться в онлайн-архивах. Используя возможности цифровой эпохи, эволюционные экологи могут решать загадки, не полагаясь на сложные полевые системы, а применяя впечатляющие усилия музеев по оцифровке своих физических коллекций.