Каждую ночь над нашими головами происходят драматические воздушные бои, сопровождающиеся кувырками стволов, острыми как бритва поворотами, блокировкой сонара, маскирующими устройствами и последствиями жизни или смерти.
Но противники не навороченные истребители. Это летучие мыши и мотыльки, противники, застрявшие в 60-миллионной дуэли, отмеченной хитростью и обманом.
Предыдущая работа ученых Университета Флориды и Университета штата Бойсе показала, что некоторые шелковые бабочки семейства Saturniidae имеют встроенную приманку для летучих мышей: задние крылья с длинными сложными «хвостами», которые отклоняют сонар, создавая вводящую в заблуждение цель. Когда летучие мыши налетают на жертву, они часто поражают эти одноразовые хвосты, а не жизненно важную часть тела мотылька.
Теперь, новое исследование группы, опубликованное сегодня в журнале Science Advances, освещает эволюцию этих приманок на генеалогическом древе шелкопряда и тестирует четыре формы задних крыльев в воздушных боях между летучими мышами и мотыльками в реальном времени. Вердикт? Чем крупнее задние крылья и длиннее хвосты, тем выше шансы бабочек убежать от летучих мышей на охоте.
«Как только мы узнали, что хвосты шелковых мотыльков отклоняют эхо от их тела, мы заинтересовались, существуют ли оптимальные формы для борьбы с хищниками», - сказал соавтор исследования Акито Кавахара, помощник куратора Музея Флориды. Центра чешуекрылых и биоразнообразия Макгуайра естественной истории в UF. «Одним из первых действий, которые мы сделали, было посещение коллекций и изучение образцов. Было множество различий в длине, форме, цвете и изгибе задних крыльев. Мы хотели проанализировать эти характеристики в рамках эволюции, чтобы увидеть, что происходит."
Кавахара и его научный сотрудник Крис Гамильтон, один из ведущих авторов исследования, количественно определили форму заднего крыла шелковых мотыльков, сопоставив эволюцию этой черты с подробным генеалогическим древом. Вместо постепенного увеличения длины и сложности задних крыльев они отметили резкие изменения формы, показывающие, что одни формы крыльев могут быть значительно более эффективными для отражения летучих мышей, чем другие. Четыре класса форм были связаны со способностью мотыльков избегать нападения летучих мышей: два типа удлиненных хвостов, короткие хвосты и длинные лопасти..
Эти формы появлялись несколько раз у шелковых бабочек по всему миру, и почти идентичные формы часто появлялись у бабочек, которые не были близкими родственниками.
«Мы видим, как мотыльки движутся к пикам оптимальной формы, а несвязанные мотыльки развиваются аналогичным образом», - сказал Кавахара. «Это говорит об избирательном давлении летучих мышей на свою добычу».
После определения этих основных форм задних крыльев команда протестировала их против судей, наиболее квалифицированных для оценки их эффективности: настоящих летучих мышей.
После модификации задних крыльев трех видов шелковых бабочек - полифемовых бабочек, лунных бабочек и африканских лунных бабочек - чтобы они соответствовали этим формам, исследователи из лаборатории соавтора исследования Джесси Барбера в штате Бойсе сравнили их с большими коричневыми летучими мышами в полетная комната с высокоскоростными камерами и ультразвуковыми микрофонами.
Шелковая бабочка может быть изящно сложена, но в сравнении с летучими мышами, они вряд ли сидящие утки. С размахом крыльев более 5 дюймов, их большой размер заставляет их хищников хорошо прицеливаться. Летучие мыши и мотыльки также обладают впечатляющими способностями к полету, говорит Джульетт Рубин, ведущий автор исследования.
«Летучие мыши невероятно акробатичны и очень искусны в охоте, но мотыльки также хорошо летают и имеют невероятный радиус поворота», - сказал Рубин, который завершил исследование в качестве студента магистратуры штата Бойсе. «Они кажутся довольно подходящими противниками».
Неизмененные мотыльки полифемус избегали летучих мышей только в 27 процентах случаев в летной комнате. Но увеличение их лопастных задних крыльев, чтобы они соответствовали размеру двух разных племен шелкопрядов, увеличило их шанс побега до 56 процентов.
Африканские лунные мотыльки с длинными хвостами гораздо лучше справляются с хвостами, чем без них. Неизмененные лунные бабочки уклонялись от летучих мышей в 73 процентах случаев, но этот показатель снизился до 45 процентов с более короткими хвостами и до 34 процентов без хвостов. Мотыльки Луна, еще один хвостатый вид, следовали той же тенденции.
Летучие мыши едят только тело мотылька, а не его крылья, и им нужно атаковать его ядро, чтобы быть уверенными в успехе. По словам Рубина, длинные хвосты, вероятно, создают иллюзию множества целей, сбивая с толку летучих мышей и заставляя их атаковать хвосты. Поскольку полет мотыльков зависит от их передних крыльев, атака сзади часто позволяет им безопасно уклониться, даже если они при этом теряют часть своих задних крыльев..
Рубин сказал, что типичное атакующее поведение летучей мыши может включать сжатие крыльев вокруг мотылька или вытягивание крыла, чтобы зачерпнуть мотылька себе в рот. Но при попытке ударить мотыльков с более длинными хвостами «они тянулись за кончики хвостов, и бабочки почти каждый раз убегали."
Сила этих сенсорных иллюзий как движущих сил эволюции часто недооценивается, сказала она.
«Жертвы могут развиваться таким образом, чтобы использовать слабые места в доспехах восприятия их хищников», - сказал Рубин. «Мы думаем, что это происходит в разных системах, а не только в мотыльках».
Могут ли летучие мыши найти способ обойти оборонительную тактику шелкопряда? Рубин настроен скептически. Даже после того, как летучие мыши месяцами сталкивались с одними и теми же формами заднего крыла, их способность отличать сочное тело мотылька от бесполезной приманки не улучшилась.
«Если эти черты хвоста изменяют или манипулируют информацией, которую летучие мыши получают, когда пытаются определить, где находится мотылек и куда атаковать, это может быть трудной стратегией для летучих мышей», - сказала она.
Другие соавторы включают Криса МакКлюра из штата Бойсе и Фонда Перегрина и Брэда Чедвелла из Колледжа остеопатической медицины Айдахо.
Национальный научный фонд, Национальное географическое общество и Sigma Xi предоставили финансирование для исследования при постдокторской поддержке Музея Флориды и поддержке выпускников Университета штата Бойсе.