Учёные используют высокотехнологичные методы для расшифровки сигналов хвостами от белок-жертв к гремучим змеям-хищникам
Новое исследование показывает, что взаимодействия «хищник-жертва» могут быть невероятно сложными. Команда Рулона Кларка из Университета штата Сан-Диего с помощью видеоаналитики изучает взаимодействия гремучих змей с их добычей — белками, бурундуками и ящерицами.
Почему гремучие змеи?
Гремучие змеи — ключевые звенья многих пищевых цепей. Исследования Кларка показали, что в заповеднике Blue Oaks Ranch Reserve (в 10 милях от Сан-Хосе, Калифорния) именно гремучая змея, а не млекопитающие (пума, койот, рысь), является самым многочисленным хищником по общей биомассе.
Высокая численность змей в заповеднике отчасти объясняется их холоднокровностью: особи могут выживать, съедая всего 2–3 животных в год. Для сравнения, теплокровные хищники должны есть гораздо чаще. Высокая плотность популяции змей здесь, вероятно, отражает естественное состояние, подчёркивая важную роль этих рептилий в экосистемах, в том числе расположенных недалеко от освоенных территорий.
Сложность наблюдения
Хищническое поведение гремучих змей мало изучено из-за их скрытности и мастерства маскировки. Успешная атака змеи включает три этапа:
- Удар по жертве с расстояния около 10 дюймов.
- Введение яда (жертва может попытаться сбежать до его действия).
- Поиск отравленной жертвы после её гибели.
Однако первые два этапа обычно завершаются менее чем за секунду — слишком быстро для невооружённого глаза. Кроме того, между атаками змей могут проходить недели или месяцы, что делает полевые наблюдения крайне трудными.
Высокотехнологичные методы наблюдения
При поддержке NSF Кларк и его команда снимают естественные взаимодействия в поле, используя радиометки и сеть беспроводных видеокамер. Исследователи отлавливают диких змей, помечают их радиопередатчиками, выпускают обратно, а затем отслеживают, чтобы найти особей, затаившихся в засаде. Рядом с такими змеями (в 1–3 метрах) устанавливаются портативные мини-камеры.
Видеокамеры «так же терпеливы, как змея», что позволяет зафиксировать быстрые моменты хищничества. Записи можно прокручивать кадр за кадром, точно анализируя расстояния, движения и их синхронизацию, получая более детальную информацию, чем при прямых наблюдениях.
Результаты видеонаблюдений
Записи показали, что около 50% атак диких гремучих змей неудачны. Чаще всего атаку срывает быстрый уклоняющийся манёвр жертвы, инициированный в долю секунды после начала броска змеи.
Также было обнаружено, что змеи могут «ошибаться» на любом из трёх этапов атаки. Например, змея может явно ударить добычу, но затем не искать её. Исследователи полагают, что в таких случаях змея понимает, что не смогла успешно ввести яд, и не тратит энергию на потенциально бесполезное преследование. Также наблюдались случаи, когда змея смертельно кусала жертву, но затем не могла найти её после гибели.
Эволюционная «гонка вооружений» с калифорнийскими сусликами
Особый интерес Кларка — взаимодействие гремучих змей с их излюбленной добычей, калифорнийскими сусликами. Молодые особи составляют до 69% рациона змей, и до 34% этих детёнышей погибают от змей.
Отношения «хищник-жертва» между этими видами древние, им около 10 миллионов лет. В процессе коэволюции у них развилась «гонка вооружений», где адаптация одного вида вызывала эволюцию контр-адаптации у другого.
Адаптации змей включают токсичный яд и специализированный термочувствительный орган на морде, улавливающий тепло.
Адаптации сусликов включают редкую способность нейтрализовать змеиный яд. Благодаря этому суслики иногда уверенно противостоят змеям, а не убегают. Они могут подавать голосовые сигналы детёнышам, разбрасывать землю, уклоняясь от защитных ударов змеи, и даже иногда атаковать и убивать змей.
Сигналы хвостом: новая интерпретация
Калифорнийские суслики иногда «сигналят» хвостом: поднимают и размахивают им из стороны в сторону, повышая его температуру, перед входом в норы или заросли, где могут скрываться змеи.
Раньше такое поведение интерпретировалось исключительно как предупреждение другим особям о замеченной змее. Однако новые наблюдения показывают, что суслики могут подавать эти сигналы, даже не видя змеи в данном месте. Кроме того, суслики, увидевшие свернувшуюся змею, могут приблизиться, осмотреть её и активно сигналить хвостом рядом с ней в течение нескольких минут — такое поведение, по-видимому, направлено на саму змею.
Это натолкнуло Кларка на мысль, что суслики могут использовать виляние и нагрев хвоста (оба сигнала доступны для восприятия змеями) для коммуникации непосредственно с хищными змеями, а не только с другими жертвами.
Две гипотезы о сигналах хвостом
Исследователи предполагают, что суслики могут использовать два типа сигналов хвостом:
- «Реклама бдительности» — подаётся перед входом в опасные зоны. Сигнал предупреждает любых потенциально nearby змей, что суслик настороже и готов увернуться от атаки, тем самым сдерживая нападение.
- «Реклама обнаружения» — направлена конкретно на обнаруженную змею, чтобы сообщить ей, что она раскрыта и потеряла фактор неожиданности, а также «выдать» её присутствие другим сусликам, повышая их бдительность.
Когда всё больше сусликов обнаруживают и «разоблачают» змею в определённом месте, её шансы на успешную внезапную атаку снижаются. Поэтому после такого «разоблачения» змеи часто покидают место засады в поисках нового, где у них сохранится преимущество неожиданности.
Важный нюанс: Сигналы хвостом могут непреднамеренно выдать суслика другим хищникам (например, хищным птицам), которые не так зависят от фактора неожиданности. Таким образом, это поведение может в некоторых обстоятельствах увеличивать риск. Вероятно, суслики используют его выборочно, в ещё не определённых точно ситуациях.
Робот-суслик для проверки гипотез
Чтобы проверить гипотезы о «рекламе бдительности» и «рекламе обнаружения», команда Кларка проводит контролируемые эксперименты с живыми змеями и реалистичным роботом-сусликом. Робот может быть запрограммирован на виляние хвостом. Его тело нагревается медными катушками до анатомически правильной температуры, а температура хвоста может повышаться дополнительно во время взаимодействия. Тело робота сделано из таксидермической кожи, и он имеет естественный запах, так как хранится в подстилке сусликов.
Эксперименты с сигналами хвоста
Используя робота, команда проверяет реакции змей на различные поведения хвоста в контролируемых условиях, которые невозможно воспроизвести с живым сусликом:
- Неподвижный хвост.
- Виляющий хвост.
- Виляющий и нагретый хвост.
Сравнивая реакции змей, исследователи смогут проверить свои гипотезы. Например, если виляющий и нагретый хвост будет сдерживать атаки и заставлять змей покидать засаду, а неподвижный — нет, это подтвердит идеи о функциях сигналов. В противном случае гипотезы могут быть опровергнуты. Эксперименты также могут показать разный эффект от виляния и нагрева по отдельности и выявить влияние других факторов, таких как расстояние и длительность сигнала.
Будущее роботов в биологии
Создание робота-суслика — часть общей тенденции. Учёные и инженеры уже создали роботизированные модели пчёл, рыб, ящериц, тараканов, крыс, шалфейных тетеревов, лягушек и других организмов. Такие модели используются в самых разных исследованиях — от разработки роботов для поиска и спасения до методов защиты косяков рыб от разливов нефти. Благодаря развитию технологий и снижению стоимости робототехники, всё более сложные роботизированные модели скоро будут применяться в самых разных научных областях.