Почему полосы зебры отпугивают мух. Теория «отгоняющих мух»

Хотя биологи до сих пор не совсем уверены, как это работает, новое исследование приближается к разгадке того, почему насекомые, которые докучают животным саванны, двигаются зигзагами, когда видят что-то в форме зигзагов или полос.

Примерно в 50 километрах к северу от экватора, в центральной части Кении, Кайя Томбак и её коллеги стояли возле ящика из плексигласа. Томбак, изучающая эволюцию социального поведения животных, была одета в лёгкую рубашку с длинными рукавами и брюки. Рядом жужжала стайка мух, и Томбак задумалась, не лучше ли ей носить одежду с полосками.

Именно поэтому её команда и прибыла в Саванну: изучить способность полос отпугивать мух. Внутри ящика висели две шкуры шириной в 30 сантиметров от тел животных, найденных неподалёку. Одна была от коричневой импалы. Другая была от зебры. Между ними была помещена чашка Петри, в которую попало около 20 мух. Один из членов исследовательской группы по команде дёргает за леску, выпуская мух. Насекомые рассеиваются и находят новые места для посадки за считанные секунды. Ни для кого не было сюрпризом, что они избегают шкуру зебры. «Это действительно работает», — говорит Томбак.

Кусачие мухи питаются кровью животных Саванны. В лучшем случае мухи раздражают. В худшем случае они передают болезни. Учёные знали с 1980-х годов, что полосы зебры отпугивают мух, и многие считают, что зебры развили свои отличительные полосы из-за этого преимущества. Но исследователи до сих пор не знают, почему полосы оказывают такое влияние.

Для команды Томбак это поставило непреодолимый вопрос о том, как паразит, а не пища или стратегии спаривания, может управлять эволюцией.

В статье для Scientific Reports в ноябре месяце этого года они описывают, как их эксперимент в Кении привёл к двум открытиям, противоречащим некоторым предыдущим теориям. Команда Томбак соглашается с тем, что это иллюзия, но, поскольку они ограничили передвижение мух с помощью ящика шириной 120 сантиметров, можно утверждать, что механизм происходит вблизи, а не издалека. Они также обнаружили, что узкие полоски зебры отпугивают мух не лучше, чем более широкие. «Это было неожиданностью, потому что предыдущие исследования показали, что может быть разница», — говорит Томбак, которая в настоящее время является научным сотрудником в Хантер-колледже.

На самом деле, тот факт, что у зебр вообще есть полосы, до сих пор вызывает удивление. В зелёных, коричневых, синих и жёлтых африканских пейзажах украшение крупа резкими чёрными и белыми полосами кажется предсмертным желанием. Экологи долго ломали голову над тем, какое эволюционное преимущество могло способствовать такому заметному изменению. «Может быть, чтобы сбить с толку хищников. Это может быть своего рода социальная адаптация, помогающая зебрам узнавать друг друга. Это может быть терморегуляция», — говорит Томбак. Верных ответов может быть несколько, но теория «отгоняющих мух» начала набирать силу после первого упоминания об этой сверхспособности зебры в исследовании 1981 года. Последующие эксперименты показали, что полосы отпугивают мух на открытом воздухе, в лабораториях, на коврах, на пластиковых моделях, на раскрашенных коровах — «мы находимся в точке, где это явление хорошо известно», — говорит Томбак. Но «было сравнительно меньше исследований с использованием настоящих шкур животных».

Для текущего исследования Томбак, в то время кандидат наук в Принстоне, и её команда хотели проверить ширину полос, чтобы увидеть, могут ли более узкие полосы быть ещё более отталкивающими для мух — потенциальное эволюционное преимущество, которое могло бы объяснить разницу между видами зебр. Они также ограничили свой эксперимент столкновениями на близком расстоянии, чтобы исключить теорию о том, что отталкивание требует иллюзии, которая может произойти только на расстоянии. Отсюда и коробка из плексигласа.

Студентка лаборатории Лили Райзингер построила коробку и поставила эксперимент. Для каждого испытания команда подвешивала две шкуры на прищепках, выпускала мух на волю, позволяла им кружиться в течение минуты, а затем подсчитывала, сколько мух приземлилось на каждую шкуру. Во-первых, они протестировали шкуру импалы и шкуру равнинной зебры, которая имеет широкие полосы. Затем импала против зебры Греви, у которой более узкие полосы. Наконец, они сравнили шкуры двух видов зебр друг с другом. Они сделали по 100 испытаний на каждую пару.

Во-первых, полезно знать, что мухи видят мир не так, как люди. У мух есть «сложные глаза», которые объединяют входные данные от тысяч фоторецепторов, каждый из которых направлен в несколько разных направлениях от округлой поверхности глаза. Их чувство цвета ограничено. И хотя они могут ощущать движение и поляризованный свет и обрабатывать изображения в 10 раз быстрее, чем глаза человека, эти изображения имеют очень низкое разрешение.

Но, как и люди, мухи обманываются иллюзией знака парикмахерской (barberpole иллюзия) — знаменитой диагональной красной полосой, которая, кажется, закручивается бесконечно вверх. «Возле парикмахерской есть вращающийся столб, который выглядит так, будто поднимается вверх, но на самом деле он просто вращается», — говорит Томбак. Это создаёт ложное воспринимаемое направление движения, а также ложную скорость. Полосы зебры, по её мнению, создают такое же дезориентирующее ощущение движения, что должно затруднить мухам определение времени и скорости для плавной посадки. И логично, что эта иллюзия работает вблизи, когда муха приближается к земле.

Более узкие полосы должны создавать ещё более сильную barberpole иллюзию — «усиленный воспринимаемый эффект скорости», как говорит Томбак, — и, следовательно, более сильное отталкивание. Но, по её словам, только в нескольких предыдущих исследованиях изучалась ширина полос, и в них редко использовались настоящие шкуры; одна протестировала нарисованные полосы шириной до 13 сантиметров, что больше, чем у любой настоящей зебры.

По словам Томбак, результаты её команды показывают, что «в пределах диапазона ширины полос, который встречается в природе у зебр, ширина не имеет большого значения». Это, конечно, вызывает вопрос, почему у зебр полосы разной ширины, но Тед Станкович, эколог-эволюционист из Калифорнийского государственного университета в Лонг-Бич, не участвовавший в работе, говорит, что действительно важно то, что они вообще имеются у зебр. Дополнительные вариации могут возникать из-за случайного дрейфа генов или отдельных адаптаций, призванных сбить с толку хищников.

По словам Анны Хьюз, психолога из Университета Эссекса, данные Томбак не исключают возможности того, что полосы могут обладать интересными способностями и на расстоянии. Она говорит, что камуфляж обычно работает как вблизи, так и вдали, по-разному: «Идея двухступенчатой защиты довольно хорошо зарекомендовала себя». Например, издалека ядовитые лягушки-древолазы сливаются с окружающей средой. А вблизи их яркая окраска говорит хищникам не связываться с ними. «Было бы интересно, если бы здесь происходило что-то подобное», — говорит она. С эволюционной точки зрения оптическая иллюзия выгодна, потому что зебрам не нужно тратить энергию на то, чтобы отгонять мух, подергивая хвостом или топая ногами.

«Эта работа дала мне гораздо большее понимание об укусах мух как об эволюционной силе», — говорит Томбак. «Будучи полевым экологом, каждый раз, когда вы идёте в поле, вам непременно напоминают о том, что укусы действительно отвратительны, они действительно сводят с ума. Но когда вы животное и всё время находитесь на улице, и у вас нет защиты в приюте, которая есть у нас, это действительно оказывает влияние».

Хотя биологи согласны с тем, что загадка того, как работают полоски, не совсем решена, но некоторые ответы уже немного приближают к разгадке. И Станкович, который называет этот эксперимент «самым естественным тестом, который я когда-либо видел», отмечает, что иногда для достижения прогресса нужно стоять в поле с несколькими шкурами, окружённым мухами. «Мы можем строить гипотезы об адаптациях в течение всего дня», — говорит он. «Но пока вы на самом деле не протестируете их в полевых условиях, как люди сейчас делают с полосками зебры, никогда не будет уверенности в том, какова на самом деле функция».