Размер глаз птиц отражает среду обитания и рацион и может предсказывать чувствительность к изменениям окружающей среды

Новое исследование показывает, что размер глаз птиц может раскрывать общие закономерности их биологии и поведения, включая место обитания, рацион и способ охоты, предоставляя потенциальную дорожную карту для будущих природоохранных усилий.

У птиц одни из самых крупных глаз относительно размеров тела среди всех наземных позвоночных, уступая только лягушкам. При ограниченном диапазоне вкуса и обоняния птицы в основном полагаются на зрение для навигации, поиска пищи и избегания хищников. Однако удивительно мало известно о том, как размер глаз влияет на поведение птиц по сравнению с другими признаками, такими как форма клюва и размер тела, которые учёные тщательно изучали со времён классической работы Чарльза Дарвина о вьюрках.

Предыдущие исследования глаз птиц были ограничены по охвату, обычно включая лишь несколько десятков видов или конкретные регионы. Этот пробел в научных знаниях был особенно заметен, учитывая, что в конце 1970-х годов аспирант измерил глаза более 4000 видов птиц в музейных коллекциях, создав крупнейший в своём роде набор данных.

Иэн Ауспрей проанализировал размер глаз для 2777 видов — около трети мирового разнообразия птиц — используя этот ресурс. Он обнаружил, что этот единственный признак мощнее предсказывает место обитания и поведение птиц, чем более изученные характеристики, такие как размер, анатомия и способ передвижения.

Крупные глаза повышают чувствительность к вырубке лесов

Идея исследования возникла у Ауспрея во время полевых работ с коллегами в андских лесах Перу. За пять лет исследователи измерили глаза перуанских птиц и прикрепили небольшие датчики света к более чем десятку видов танагр, вьюрков, крапивников и дятлов, чтобы определить, как эти птицы справляются с увеличением фрагментации лесов из-за сельского хозяйства.

Их результаты были тревожными: птицы с большими глазами избегали сельскохозяйственных полей, оставаясь в сокращающихся лесных местообитаниях. Но исследователи также могли использовать размер глаз, чтобы предсказать, где эти птицы спариваются и откладывают яйца, и что они едят, что является ценной информацией для будущих природоохранных усилий.

Ауспрей хотел узнать, справедлива ли эта закономерность для всех птиц, а не только для перуанских. Ответить на столь широкий вопрос о влиянии размера глаз на поведение птиц самостоятельно заняло бы годы.

К счастью, необходимые данные уже были собраны в форме диссертации Стэнли Ритланда, почти 2000-страничного тома, выполненного во время его обучения в аспирантуре Чикагского университета. Он измерял глаза тысяч видов птиц, а также млекопитающих и рептилий, извлекая их из образцов, сохранённых в спирте, в музеях.

Ритланд покинул академию после выпуска и так и не опубликовал свои данные в научном журнале. Исследователи использовали небольшие части этого массивного набора данных для ответа на узкие вопросы, но комплексные анализы до сих пор отсутствовали.

Ауспрей нанял двух студентов-бакалавров, которые потратили пять месяцев на оцифровку измерений Ритланда для последующего анализа и широкого распространения в научном сообществе.

Поскольку размер глаз обычно увеличивается с размером тела, Ауспрей стандартизировал все измерения для каждого вида по массе и намеренно исключил птиц, работающих в оптических крайностях, таких как дальнозоркие хищные птицы и ночные совы (у этих видов уже известно, что глаза необычно крупные). Вместо этого он сосредоточился на наземных птицах, которые охотятся за пищей близко к земле и наиболее активны в дневное время.

Свет и тень определяют зрение птиц

При сравнении размера глаз с рядом поведенческих признаков стали проявляться чёткие закономерности.

Птицы с более крупными глазами живут ближе к экватору, где пояс тропических лесов планеты создаёт тёмные местообитания подлеска. Независимо от широты, птицы, которые охотятся или кормятся ближе всего к лесной подстилке, имеют большие глаза, чтобы поглощать как можно больше света, в то время как те, кто проводит больше времени в небе, имеют соответственно меньшие глаза, чтобы уменьшить блики.

«Яркий свет может вызывать так называемую ослепляющую засветку. Когда вы светите на птиц, они меняют способ поиска пищи. Они также по-разному реагируют на вокализацию экспериментальных хищников».

Учёные опасаются, что такие поведенческие изменения могут негативно сказаться на специалистах подлеска, многие из которых уже были вытеснены из-за вырубки лесов.

Размер глаз также сильно коррелирует с рационом. Более крупные глаза не только поглощают больше света, но также могут обеспечивать увеличенное фокусное расстояние и разрешение, что эквивалентно апгрейду камеры с помощью более длинного объектива.

Птицы, питающиеся насекомыми, имеют более крупные глаза, которые лучше подходят для обнаружения добычи на больших расстояниях, независимо от того, живут ли они в подлеске или на открытых местообитаниях. Птицы с самыми маленькими глазами относительно размера тела часто были питающимися нектаром, что намекает на то, что они могут полагаться на цвет больше, чем на форму, при поиске пищи.

Ауспрей также проанализировал, как глаза менялись в ходе эволюции птиц, и обнаружил, что как только глаза становились крупнее в определённой группе, они такими и оставались. Это означало, что близкородственные группы, такие как семейства колибри и стрижей, могли иметь глаза совершенно разного размера.

Однако внутри семейства размер особо не менялся среди видов. Например, мухоловки, которые проводят много времени, вылетая и ловя добычу (что требует бинокулярного зрения на большом расстоянии), как и ожидалось, имеют тенденцию к более крупным глазам. А все вьюрки, танагры и подобные им, питающиеся фруктами и семенами, как правило, имеют очень маленькие глаза.

Коллекции предоставляют инструменты для понимания природного мира

По мнению Ауспрея, данные, собранные Ритландом десятилетия назад, предлагают беспрецедентный взгляд на разнообразие и поведение птиц, что может помочь сохранить виды в будущем.

Ритланд полностью полагался на музейные коллекции, сохранённые в спирте, а это означает, что те же образцы, которые он измерял, всё ещё доступны учёным, пытающимся выявить закономерности в природном мире.

Некоторые птицы, с которыми он столкнулся во время своих музейных визитов, уже были весьма древними к тому времени, когда он начал проводить измерения, включая двух птиц, собранных во время первого кругосветного путешествия капитана Кука.

«Музейные коллекции бесценны, незаменимы и по сути незаменимы», — сказал Ритланд.

Ауспрей, который на собственном опыте узнал о трудностях сбора данных о размере глаз в андских облачных лесах Перу, обрёл новое уважение к коллекциям естественной истории, работая с трудом Ритланда.