Хотя большинству арахнофилов, скорее всего, покажутся забавными крошечные танцоры-пауки, которые могут «развлечься, как Джаггер», это нечто большее, чем танец, который захватывает очарование одного исследователя из Университета Цинциннати, финансируемого NSF.
Именно их способность видеть цвет и яркие и смелые цветовые узоры на мужских частях тела заставила Нейта Морхауза, биолога Калифорнийского университета, заглянуть во множество глаз двух групп ярко окрашенных прыгающих пауков.
«У большинства пауков редко можно увидеть яркие цвета, так как они обычно не обладают достаточной зрительной чувствительностью, чтобы различать цвета, кроме тускло-голубых, зеленых и коричневых», - говорит Морхауз. «Но некоторые группы пауков-прыгунов отклоняются от этого шаблона.
"Они не только обладают уникальной способностью видеть красный, желтый и оранжевый цвета, но и самцы демонстрируют такие же яркие цвета на лице и других частях тела, [которые] они используют в своих тщательно продуманных брачных танцах."
Любовь с первого взгляда
Глядя на две группы S alticidae, более известные как пауки-скакуны, которые обладают этой редкой способностью видеть цвет, Морхауз, доцент биологии Колледжа искусств и наук Калифорнийского университета, обнаружил, что эти две группы видят цвет. используя два совершенно разных механизма.
Эти крошечные паукообразные, классифицируемые как пауки-прыгуны Habronattus в Северной Америке и пауки-прыгуны Maratus «павлин» в Австралии, не крупнее божьей коровки.
Пауки Habronattus обладают красным фильтром на сетчатке, который в сочетании с их чувствительными к зеленому цвету клетками сетчатки позволяет видеть красный, желтый и оранжевый цвета. Напротив, он обнаружил, что у пауков Maratus развился совершенно новый тип клеток сетчатки, которые чувствительны к красному цвету и не нуждаются в фильтре.
«Это замечательное открытие, так как две разные группы пауков-скакунов эволюционировали на противоположных концах земного шара. Обе обладают редкой способностью видеть длинноволновые цвета, такие как красный, оранжевый и желтый», - говорит Морхауз. «Но каждая группа пришла к независимым решениям для того, чтобы увидеть цвет».
Морхаус, который недавно перешел на кафедру биологии Калифорнийского университета из Университета Питтсбурга, перенес свои исследования в области сенсорной экологии в лаборатории Морхауза и NSF, чтобы работать с факультетом биологии, сконцентрированным на сенсорной биологии, поведении и эволюции.
Теперь представляющий Университет Цинциннати, Морхауз недавно представил результаты этого исследования на ежегодной конференции Общества интегративной и сравнительной биологии 2017 года в Новом Орлеане в январе.
Встряхните, погремите и покатитесь
В то время как многие самцы пауков-прыгунов демонстрируют изощренные ритмические представления, пытаясь ухаживать за маленькими пауками-женщинами, большинство видов не различают цвета. Большинство просто использует свои потрясающие танцевальные движения, чтобы поднять ей настроение.
Поскольку другие виды видят только в диапазоне от ультрафиолетового до зеленого, Морхауз говорит, что это объясняет в основном тусклые цвета, обнаруженные на телах этих конкретных паукообразных. Зачем краситься, если потенциальные партнеры не видят твое истинное лицо?
Напротив, Морхауз описывает красочную группу Habronattus из Северной и Центральной Америки и австралийских Maratus или пауков-«павлинов» как две группы, которые довольно заметно отклонились от этого правила.
Самцы в обеих красочных группах - талантливые танцоры с причудливой работой ног, имеют ярко-оранжевые, розовые, красные и желтые цвета в своем внешнем виде, а пауки-павлины также имеют искусно декоративный лоскут брюшка, который они поднимают вверх и вниз, как флаг. И оба пола обладают способностью видеть эти цвета.
Одна из этих вещей не похожа на другую
В отличие от близкородственных групп пауков-скакунов, которые имеют тусклую внешность, у самцов пауков Habronattus ярко окрашенные лица, ноги и колени. Оба пола видят эти цвета благодаря ярко-рубиново-красному фильтру в центре их сетчатки, - говорит Морхауз. у них в сетчатке красный фильтр, как у хабронаттусов».
Вместо этого Морхаус говорит, что сообразительные пауки-павлины видят цвета с помощью чувствительных к ультрафиолету, синему, зеленому и красному цвету клеток в их глазах, которые больше всего похожи на птиц.
Причина может заключаться отчасти в том, что австралийские пауки-павлины не связаны с пауками Habronattus в Северной Америке. Хотя они выглядят похожими, Морхауз говорит, что они так же далеки от группы Habronattus, как люди от гиен.
«Эти австралийские пауки-павлины независимо друг от друга научились различать цвета, которые отличаются от североамериканских пауков», - говорит Морхауз.
Чтобы охарактеризовать чувствительность обеих новых цветовых зрительных систем [способ, которым сам глаз воспринимает цвет], Морхауз использовал:
Микроспектрофотометрия - непосредственно измеряет, как фоторецепторные клетки сетчатки по-разному поглощают свет.? Моделирование зрительной системы - использует математические модели для оценки того, как сетчатка воспринимает цвет.?
Морхауз определил два различных решения того, как эти животные видят цвета, и оба решения находятся в сетчатке основных глаз.
Habronattus использует красный фильтр для создания фоторецепторов третьего типа, преимущественно чувствительных к красному свету.? Maratus не использует фильтры, но имеет два дополнительных типа фоторецепторов - один чувствителен к синему, а другой - к красному.
«Эти дополнительные фоторецепторные клетки, вероятно, являются продуктом дупликации генов, которые впоследствии эволюционировали, чтобы быть чувствительными к другому диапазону цветов, подобно тому, как люди и другие высшие приматы эволюционировали, чтобы видеть цвета», - объясняет Морхауз. «Где-то в начале эволюции приматов ген, ответственный за белок, который дает нам нашу чувствительность к зеленому цвету, был продублирован в двух копиях.
"Один из этих генов, называемый геном опсина, мутировал, не затрагивая другой, и эти мутации в конечном итоге привели к тому, что одна из копий стала чувствительной к красному цвету. Возможно, именно это произошло с Maratus."
Визуальное разнообразие преследует общую цель
Дупликация генов все чаще рассматривается как механизм развития функций, в том числе новых зрительных функций, говорит Морхауз. В случае с прыгающими пауками цветовое зрение обеспечивает новую ценную черту не только для заманивания их партнеров, но и особенно важно для успешного поиска пищи.
Он объясняет эти пушистые меховые шарики прожорливыми хищниками, поедающими множество мелких насекомых, а некоторые из их жертв ярко окрашены, что может сигнализировать об их токсичности для других хищников, таких как птицы и стрекозы. Таким образом, удачливые пауки, которые могут видеть эти предупреждающие цвета, также имеют преимущество в различении ярко окрашенной токсичной добычи и нетоксичной добычи.
«Мы думаем, что более эффективный поиск пищи является основной причиной эволюции цветового зрения», - говорит Морхауз.
А как же яркие окрасы самцов? Не сделает ли это их более заметными для пауков-хищников? Морхауз отмечает, что яркая окраска тела самца обычно видна только спереди, когда пауки смотрят лицом к лицу.
Самцы могут размахивать ногами в калейдоскопе цветов, но Морхауз говорит, что обычно это видно только на нижней стороне. Когда птицы наблюдают сверху за этими редкими разноцветными пауками, они видят только их пятнистые тускло-коричневые, черные и коричневые узоры на поверхностях, обращенных вверх.
В результате получилось умное решение: камуфляж сверху для хищников и яркие цветные дисплеи впереди для представителей своего вида.
Морхаус надеется продолжить это исследование, изучив группу пауков в Индии, которые ярко окрашены и не связаны ни с одной из этих двух групп.«Если мы увеличим наши знания о дополнительных группах, которые перешли к более сложному цветовому зрению, мы окажемся в исключительном положении, чтобы понять, почему цветовое зрение развивается в первую очередь и какие последствия это имеет для цветового сигнального поведения и экологии этих видов., - говорит Морхауз.
"И кто знает, возможно, мы найдем вдохновение для новых технологий восприятия цвета."