Бабочки меняют зрение и окрас в зависимости от времени года

Смена теплого лета на прохладную осень становится стрессом для многих животных, которым приходится адаптироваться к новым условиям. Выживание в разные сезоны требует множества физиологических и поведенческих качеств, которые ученые до сих пор пытаются понять.

Один из самых очевидных способов реакции животных на сезонные изменения – это смена окраса для лучшей маскировки или терморегуляции. Бабочка павлиноглазка обыкновенная (Junonia coenia) уже более ста лет привлекает внимание науки из-за резкого контраста между особями: летние появляются со светлыми крыльями, а осенние – с темными. Одно из объяснений более темной окраски заключается в том, что она помогает повышать температуру тела в прохладную погоду. Этому же способствует и поведение – осенние бабочки больше времени проводят, греясь на солнце.

Команда исследователей под руководством Университета Арканзаса в сотрудничестве с Корнеллским университетом решила выяснить, связаны ли эти сезонные изменения с генетическими особенностями зрительной системы бабочек. Ученые надеялись подтвердить, что смена цвета крыльев сопровождается изменениями в поведении и чувствительности к определенным цветам, поскольку цветовое зрение определяет многие аспекты жизни этих насекомых.

С 2018 по 2021 год команда наблюдала за поведением павлиноглазок в прериях северо-западного Арканзаса с мая по ноябрь. Проанализировав ткани глаз пойманных бабочек, они изучили, как различаются паттерны экспрессии генов у темных осенних и светлых летних особей. Исследование подтвердило, что более темные осенние бабочки действительно чаще греются на солнце. Хотя ученые не нашли доказательств того, что чувствительность павлиноглазок к цвету меняется в зависимости от времени года, они обнаружили сезонные закономерности в работе многих других генов, важных для зрения и развития глаз. Это указывает на то, что бабочки могут видеть окружающую среду по-разному в зависимости от сезона, в котором они развивались из гусениц.

Следующим шагом станет определение того, какой именно фактор среды вызывает эти изменения в зрительной системе. Поскольку взрослые бабочки живут всего 8–10 дней и застают только один сезон, ключевые изменения закладываются на стадии гусеницы. Причиной может быть изменение температуры, визуального окружения или какой-либо другой сенсорный сигнал. Такие полевые исследования, изучающие поведение и экспрессию генов в диких популяциях, редки, поскольку естественная среда вносит много переменных. Тем не менее, данная работа выявила четкие закономерности сезонной реакции даже вне контролируемых лабораторных условий.

«Работа с дикими популяциями позволила нам изучить, как животные реагируют на время года в целом и в естественных условиях, – объяснила Грейс Хирцель, ведущий автор статьи, опубликованной в Functional Ecology. – Бабочки-павлиноглазки не только по-разному взаимодействуют с миром в зависимости от времени года, но, вероятно, и видят мир в это время по-другому. Изменения в развитии сенсорной системы, подобные тем, что мы обнаружили, могут быть распространенной стратегией, используемой многими животными для выживания в меняющихся сезонных условиях».

Эрика Вестерман, доцент биологических наук и соавтор статьи, специализируется на изучении зрительных систем бабочек. Она поясняет, что ее интересует глобальный вопрос: меняются ли наши сенсорные системы в зависимости от окружающей среды и насколько они пластичны. «Хорошее место для начала – это вид, который, как вы знаете, проявляет пластичность в других областях, – говорит Вестерман. – Мы знали, что у них есть пластичность в узоре крыльев. Если мы хотим обнаружить пластичность в сенсорной системе в природе, павлиноглазки – хороший вид для изучения. Таким образом, мы пытаемся ответить на большой вопрос о том, как среда развития влияет на наше сенсорное восприятие».