Насекомые – это класс беспозвоночных членистоногих животных, к которому часто ошибочно относят других наземных членистоногих, таких как: многоножки, скорпионы, пауки, мокрицы, клещи и др., так как строение их тела на первый взгляд кажется схожим из-за наличия у них суставчатого экзоскелета (как и у всех членистоногих). Однако, при более подробном рассмотрении становится ясно, что они значительно различаются: наиболее наглядно, что у перечисленных членистоногих нет шестиногости, характерной для насекомых.
Большинство современных насекомых находится на инстинктивном этапе психики, хотя часть из них вполне может обладать нерасчленённым и даже расчленённым (!) сознаниями, так как наблюдалось много примеров игрового поведения [1], социальной передачи опыта [2], культурных традиций [3] и даже самосознания (!) [4] у насекомых.
На данный момент в науке принято, что насекомые произошли от группы ракообразных около 480 миллионов лет назад, примерно в то же время, что и наземные растения [5][6]. Однако при определении ближайших родственников насекомых среди ракообразных данные морфологических и молекулярных исследований несколько различаются: морфология указывает на связь насекомых с высшими ракообразными, а молекулярный анализ - либо с жаброногими, либо с ремипедиями, либо с цефалокаридами.
Проследить эволюцию насекомых достаточно сложно, так как они из-за своих небольших размеров и легкого веса не оставляют много окаменелостей: кроме экземпляров, сохранившихся в янтаре, большинство находок происходят из наземных и околоземных водных источников (например, на окраинах пресноводных озёр) и сохраняются лишь в очень специфичных и редких условиях. Однако, в отличие от ископаемых свидетельств поведения позвоночных, которые обычно ограничиваются наземными следами и окаменевшими фекалиями, сохранилось сравнительно много памятников активности вымерших насекомых, например: гнезда в ископаемой почве, поврежденные питанием насекомых растения и древесина и т.д.
Эволюции растений и насекомых тесно взаимосвязаны: насекомые стали самыми ранними наземных травоядными и действуют как одни из основных факторов, влияющих на эволюцию растений. Растения начинали вырабатывать яды от насекомых, а они, в свою очередь, - формировать механизмы защиты от растительных токсинов.
Однако, многие особенности насекомых и цветковых растений направлены и на их взаимное «сотрудничество»: около 20% насекомых зависят главным образом от цветов, нектара или пыльцы в качестве источника пищи, а более 2/3 цветковых растений опыляются преимущественно насекомыми. Важным примером коэволюции (совместной, параллельной, взаимозависимой) является то, что ряд самых успешных групп насекомых: осы, пчелы, муравьи, бабочки, мухи и жуки, - эволюционировали совместно с цветковыми растениями в течение 145-66 миллионов лет назад.
Эволюционная история насекомых связана не только с историей растений, но и с историей других животных, вместе с которыми они были пионерами освоения наземной среды обитания и новых экологических ниш: например, насекомые являются добычей множества других животных, включая наземных позвоночных, а также они (особенно комары и мухи) являются переносчиками многих инфекций, которые были ответственны за уничтожение некоторых видов млекопитающих.
Во время своего развития насекомые образовывали множество новых эволюционных линий, многие из которых вымирали после длительного существования из-за нескольких глобальных изменений климатических условий Земли. Одним из примеров может послужить самое большое насекомое, когда-либо существовавшее, - это Меганевра (жила около 300 млн. лет назад), имевшая размах крыльев до 71 см (!). Эволюция насекомых характеризуется быстрой адаптацией к изменяющимся условиям, которой способствует высокая плодовитость. Похоже, что процессы скоростной адаптации и образования новых видов продолжаются по сей день, приводя к заполнению всех доступных экологических ниш представителями насекомых.
Первые насекомые летать не умели, но до 400 миллионов лет назад у одной из линий насекомых развилась способность к полёту: таким образом, насекомые стали первыми животными, которые могут передвигаться по воздуху. [5] Происхождение полёта у насекомых на настоящее время остаётся неясным, так как самые ранние известные крылатые насекомые уже были способными летунами с достаточно развитыми крыльями. Также нет никаких свидетельств тому, что насекомые были успешной линией животных до того, как у них появились крылья.
Большинство существующих сейчас отрядов насекомых развились в период 300-47 млн. лет назад. Многие из ранних групп вымерли во время крупнейшего в истории пермско-триасового вымирания около 252 миллионов лет назад (вымерло 30% всех видов насекомых). Выжившие после этого события букашки продолжали эволюционировать, к 201 млн. лет назад образовав все современные отряды насекомых, которые сохраняются и по сей день. Большинство семейств современных насекомых появились от 201 до 145 миллионов лет назад, а многие роды - с 66 миллионов лет назад. Насекомые, начиная с этого периода, наиболее часто находятся сохранёнными в янтаре, причем зачастую в идеальном состоянии: такие экземпляры легко сравнить с современными видами, и большинство из них являются представителями родов, существующих и сейчас.
Источники: [1] Hiruni Samadi, Galpayage Dona, Cwyn Solvi, Amelia Kowalewska, Kaarle Mäkelä, HaDi MaBouDi, Lars Chittka. Do bumble bees play? // Animal Behaviour, 194 (6), (October 2022); [2] S. Alem, C.J. Perry, X. Zhu, O.J. Loukola, T. Ingraham, E. Søvik, L. Chittka. Associative Mechanisms Allow for Social Learning and Cultural Transmission of String Pulling in an Insect // PLoS Biology, 2016; [3] Etienne Danchin, Sabine Nöbel, Arnaud Pocheville, Anne-Cecile Dagaeff, Léa Demay, Mathilde Alphand, Sarah Ranty-Roby, Lara van Renssen, Magdalena Monier, Eva Gazagne, Mélanie Allain, Guillaume Isabel. Cultural flies: Conformist social learning in fruitflies predicts long-lasting mate-choice traditions // Science, 2018; [4] Marie-Claire Cammaerts and Roger Cammaerts. Are ants (hymenoptera, formicidae) capable of self recognition? // Journal of Science, 2015; [5] California Academy of Sciences. Landmark study on the evolution of insects // ScienceDaily, (6 November 2014); [6] Oxford Academic. Linking Insects with Crustacea: Physiology of the Pancrustacea: An Introduction to the Symposium // Oxford Academic, (August 5, 2015).
Продолжаю рассказывать про мелкую ядовитую нечисть в Мексике. Сегодня речь о скорпионах 🦂 и о том, как Мексика стала пионером в производстве противоядий.
Мексика - на первом месте в мире по укусам скорпионов: в год случается 250.000 укусов! 💪Однако, не все виды скорпионов ядовитые. Опасны, как правило, маленькие светло-коричневые скорпионы. Но если неядовитый укусит – тоже жжёт адски! 👀 Со мной такое произошло через неделю после рождения старшего сына.
Ядовитый скорпион
📍Обычно скорпионы забираются в дома в сезон дождей. Дождевая вода «вымывает» скорпионов из их укрытий, и они ищут, где посуше. Профилактика – не ходить дома босиком, смотреть под ноги и на стены. На стены надо смотреть, чтобы вовремя прихлопнуть скорпиона. Я, кстати, была в шлёпках, однако нога соскользнула и на скорпиона я всё-таки наступила.
📍Мексика - рекордсмен не только по числу укусов. Страна стала ведущим создателем противоядий против мелкой нечисти – пауков, скорпионов и змей. Научную часть этой работы уже 50 (!) лет ведёт доктор Алехандро Алагон Кано – глава лаборатории в Институте Биотехнологий университета UNAM, главного вуза страны.
Вообще противоядия придумали французские учёные в самом конце 19 века. И вот уже больше 100 лет учёные разных стран пытаются снизить их побочные аллергические эффекты, «очистить» их.
📍Как делают противоядия. Берут лошадь. Вводят ей немного яда – например, скорпионьего. У лошади образуются антитела. Из лошадиной сыворотки с антителами готовят противоядие от укусов скорпиона. И вкалывают его укушенному человеку.
Благодаря работе доктора Кано в Мексике удалось снизить число смертей от укусов скорпионов в 10 раз! В 1970-х умирало 600 человек в год, а сейчас около 50. Как правило, это люди, которые живут высоко в горах и не могут добраться до поликлиники.
Биолог Алехандро Алагон Кано
📍Интересно, что доктор Кано заинтересовался темой противоядий ещё в 4 года! Его дедушка был фермером. И одного из работников фермы в ногу укусила гадюка. Укус вызвал гангрену, которая полностью «съела» мышечную ткань.
Маленький Алехандро был так поражён, что просил работника снова и снова ему рассказывать, как всё было. И эта история предопределила всю его научную карьеру.
Инфографика о животных и не только, по количеству убиваемых ими людей в год. угадали кто на вершине? Я нет, только ближе к ней. Цифры в абсолюте воспринимать не надо, инфографика больше образовательная. Скорее всего за 2014 год, по крайней мере о таком исследование пишут в тот год.
В последние столетия животные вымирают в ненормальных количествах. Видовое разнообразие сокращается настолько быстро и сильно, что некоторые учёные поговаривают о начале шестого массового вымирания. И всё по вине человека! Но люди стараются исправить свои ошибки: мы создаём заповедники, парки и программы для защиты вымирающих видов животных. Белые медведи, амурские тигры, дальневосточные леопарды — вы наверняка слышали, что эти виды очень уязвимы. Но слышали ли вы когда-нибудь о дзерене? О многобугорчатом толстуне? Или степной пигалице? Держу пари, что нет. На каждый вид, который мы оберегаем, приходится пара десятков животных, вымирание которых никто не заметит. Почему так происходит?
Более 25% видов амфибий на планете находятся под угрозой вымирания. А сколько из них знаете вы?
Причин тому несколько, но главная банальна до горечи. Чем животное более заметно, тем у него больше шансов на спасение. Возьмём, например, амурского тигра. Это огромный, грациозный и опасный зверь, который пугает людей с момента первой встречи в седой древности. Им нельзя не восхищаться, на него обращаешь внимание, даже если большой кот на секунду мелькает в телепередаче. Вот и внимания у зоозащитников тигр получает немерено.
Мы рады, что сейчас амурские тигры чувствуют себя неплохо. Но всё же это радость, смешанная с грустью – сколько других видов животных не получат своевременной помощи?
А вот какой-нибудь краснокнижный кузнечик просто шуршит по своим делам в траве. Он никогда не мешал и не помогал людям, даже под ногами не путался. Большинство людей при виде его испытают, в лучшем случае, лёгкое любопытство. Вот поэтому никто и не вспомнит о нём, когда насекомыш окончательно исчезнет.
Приведённая выше история про кузнечика – это история о многобугорчатом толстуне. Данный вид очень больших кузнечиков пропал с радаров в 1959 году и считался вымершим до 2008. В это время животное не находили по одной простой причине: его и не искали.
С несколько меньшей вероятностью существо может вытянуть счастливый билет, если оно уникально. Например, русская выхухоль — единственный российский представитель и без того куцой группы очень нетипичных и забавных организмов. Конечно, их постараются спасти.
Когда с другом вытянули счастливый билет.
Впрочем, иногда везёт и насекомым. Для разведения реликтового дровосека построили специальную лабораторию. Но посмотрите на его габариты, и вы поймёте, что он просто привлёк много внимания.
Последняя в списке (но не по значению) причина — спасать животных безумно долго и дорого. Сначала нужно собрать команду специалистов, снарядить их и отправить выяснять размеры ареала животин. Затем учёным нужно определить лимитирующие факторы вида. Так называются особенности экологии, которые оказывают наиболее сильное негативное влияние на популяцию. Они могут быть самыми разными: от обилия хищников и распашки земель, до избытка металла в скорлупе яиц или занесённых извне паразитов. На выяснение истинных проблем могут уйти годы.
Очень часто исследование ареала животных выглядит следующим образом: установил фотоловушку, заснял, перенёс фотоловушку. И так месяцами напролёт.
На основе этих данных, людям нужно составить план по спасению, нанять персонал и закупить необходимое оборудование. На эту работу уходят такие суммы, что ни государства, ни уж тем более отдельные фонды просто не в состоянии спасти всех. Им приходится фокусироваться на отдельных видах. Вот и выбирают тех животных, которых спасти дешевле, а рассказать о них — легче.
Это соколиный центр на Камчатке. Одна из его задач – воспроизводство соколиного поголовья здесь и в близлежащих регионах. Только представьте, сколько стоит такой сложный комплекс. А ведь его предельная производительность – 400 птиц в год, часть из которых пойдёт в частные коллекции.
И всё же находятся люди, готовые заниматься долгой и сложной работой фактически без финансирования. Одна из таких групп авантюристов создала проект «Степная пигалица — последний шанс».
Самец и самка идут спасать демографическую ситуацию своего вида.
Его задача — спасение кулика-кречётки, маленькой птички, играющей большую роль в жизни российских степей. Эти пигалицы питаются насекомыми, поэтому одним своим существованием они защищают степи от вспышек насекомых-вредителей, вроде саранчи или степных сверчков. Да, они не так великолепны, как тигры, и не так милы, как панды. Но от этого их роль в природе не становится менее значимой!
В конце XX века в одном из крупных городов США случилась авария – везде отключили электричество. Неожиданно в полицию и местную службу спасения посыпались звонки от перепуганных горожан: «Помогите, в небе над городом огромный корабль инопланетян!» «В небе над городом странный серебристый НЛО огромного размера!» А никакого НЛО не было. Просто горожане увидели... Как вы думаете, – что?
...На протяжении тысяч лет никакого светового загрязнения люди даже вообразить не могли. Во многих городах мира в древности и средневековье были строжайшие законы – ночью на улицу без крайней нужды не выходить. «По ночам из домов выходят только лихие люди, разбойники!» За соблюдением этого следила особая ночная стража.
По меркам средневековья нормально освещённая улица. (И это ещё и светло, лунная ночь – видите, ободья на бочке справа в свете луны мерцают)
Но потом со светом стало происходить «что-то не то». Первыми это обнаружили астрономы. В 1839 году в 14 километрах от Петербурга была торжественно открыта Пулковская обсерватория. Долгое время она считалась лучшей в Европе. В 1889 году там был установлен 30-дюймовый телескоп-рефрактор, по тому времени – самый лучший в мире!
К несчастью, уникальный 30-дюймовый рефрактор Пулковской обсерватории был полностью разрушен во время блокады Ленинграда...
Джордж Эри, знаменитый английский учёный (директор Гринвичской обсерватории, королевский астроном и президент Лондонского королевского общества), с восторгом писал:
"Ни один астроном не может считать себя знающим современную астрономию в её наиболее развитой форме, если не познакомился с Пулковской обсерваторией. Я нисколько не сомневаюсь в том, что одно пулковское наблюдение стоит по крайней мере двух, сделанных в любом другом месте!"
Главное здание Пулковской обсерватории
Однако уже в начале XX века пулковские астрономы забили тревогу: небо над Пулковской обсерваторией начало «портиться». Огромный 30-дюймовый телескоп начал «слепнуть»! Те звёзды, которые было отлично видно в 1889 году, в 1929 стали «пропадать» с неба! В чём дело?
А вот в чём:
На момент открытия Пулковская обсерватория находилась в 15 километрах от южной окраины Петербурга! А сейчас – сами видите... А отсюда и результат:
Слева – так можно увидеть в телескоп созвездие Ориона на хорошем (деревенском или горном) небе. Справа – созвездие Ориона в окрестностях Пулковской обсерватории сегодня
Кстати, разгадка. Те американцы, о которых мы говорили в начале статьи, испугались Млечного пути. Они увидели Млечный путь впервые в жизни! Немудрено было испугаться...
А теперь давайте посмотрим на следующую иллюстрацию. Это карта. Самая настоящая! Узнаёте? Сможете показать, где тут что? Сейчас добавим подписи, и вы сразу всё узнаете...
Такие карты называются «картами светового загрязнения». Цвет здесь означает – насколько освещение от уличных фонарей, рекламных щитов, подсветки зданий и т. д. выше естественного уровня освещения ночного неба. Если цвет белый – то яркость искусственного освещения выше естественной в 40 и более раз! В таких условиях ночью в небе можно увидеть разве что Луну и яркие планеты (Юпитер, Венеру).
В «красной зоне» искусственная освещённость выше природной в 5-10 раз. Контуры созвездий тут начинают появляться («ковшик» Большой Медведицы отыскать с трудом, но получится). Но больше – ничего. Для более-менее качественных наблюдений за звёздами нужна хотя бы «синяя зона» (это где засветка от уличных фонарей превышает яркость неба не больше чем на одну десятую). А идеал – «место, где надо строить телескопы» – это «тёмно-серая» или «чёрная» зоны. Много ли чёрного цвета вы видите на нашей карте? Единственная между Москвой и Петербургом – это зона, окружающая небольшой город Холм в Новгородской области...
Вы думаете, это очень мало? Нет, это много! Взгляните для сравнения на большую карту светового загрязнения всей Европы:
Как видите, наша Россия весьма даже богата «незасвеченными» участками. Это и южное Поволжье, и северный Кавказ, и Карелия... А в густонаселённой западной Европе просто живого места нет...
А теперь самое главное
Если вы думаете, что световое загрязнение лишь мешает астрономам смотреть в телескопы, и никакого другого вреда от него нет, вы ой как ошибаетесь!
Все живые организмы на Земле подразделяются на дневные и ночные. Ночным животным световое загрязнение наносит вред, иногда огромный. Самый простой пример – мотылёк, который ночью «обманывается» светом прожектора или яркой лампы накаливания, летит по спирали на свет и в результате гибнет от ожога.
Более сложный пример – световое загрязнение медленно, но верно «сдвигает» экологический баланс. Каким образом? Скажем, у нас есть два вида пауков: первый вид предпочитает охотиться на свету, второй – в темноте. В природе между этими видами соблюдается равновесие – первый вид охотится днём, второй – ночью. Однако если вдруг мы загрязняем область обитания искусственным светом? Ночь превращается в день. Первый вид получает огромное преимущество и начинает бурно размножаться, а второй – наоборот, вымирать. Баланс нарушен – а, как нас учит экология, даже маленькое нарушение баланса в итоге может привести к самым непредсказуемым последствиям.
Третий пример – известные всем жуки-светляки (рассказ «Он живой и светится» про Дениску помните?). Светлячки ищут себе пару для создания семьи, ориентируясь именно на собственные крохотные огоньки. Световое загрязнение «забивает» слабый свет светлячков, и они уже не могут искать себе пару, «ухаживать» друг за другом. В наши дни рассказ «Он живой и светится» во дворе посреди крупного города уже практически невозможен, к сожалению...
Яркие огни – особенно на вышках и крышах высотных зданий – также могут «сбивать с толку» мигрирующих птиц. По оценкам американских экологов, ежегодно от столкновений с башнями, вышками связи и ярко иллюминированными небоскрёбами только в США гибнет от 300 до 900 миллионов (цифры кошмарные, но вотссылка на источник) птиц. Ночные огни морских буровых платформ и маяков также способны дезориентировать перелётных птиц – выбрав ночью неправильное направление, птицы (особенно молодые) могут погибнуть, просто истощив все силы в попытке достичь иллюзорного «берега»...
Английский писатель-фантаст Артур Кларк в романе «2010: Космическая одиссея 2» описал, как инопланетяне, принадлежащие к загадочной сверхцивилизации, превратили планету Юпитер в необычайно яркую (в 50 раз ярче полной Луны!) звезду – Люцифер. В небе земли появилось третье светило, ночь превратилась в день... Вот как это описывает автор:
Уход ночи увеличил для человечества активное время суток. Фермеры, моряки, полицейские – все, кто работал под открытым небом, – приветствовали его появление: Люцифер облегчил их жизнь и сделал ее более безопасной. Зато обижены оказались влюблённые, преступники, натуралисты и астрономы. Пострадали многие ночные животные, а рыбам одного тихоокеанского вида, которые размножались лишь при высоком приливе и в безлунные ночи, грозило полное вымирание. Как и астрономам, работавшим на Земле...
Писатель-фантаст 80-х годов не делает акцента на экологии, дескать, пострадали там какие-то животные, ну и пострадали. Однако современные учёные такого однобокого оптимистического подхода не разделяют. Повсеместное световое загрязнение – это не только трата огромного количества энергии в буквальном смысле на «подсветку воздуха». Это ещё и медленное изменение устоявшегося за тысячелетия экологического равновесия. И к чему такое может привести в итоге – возможно, не завтра и не послезавтра, пускай спустя несколько поколений, это не важно – предсказать никто не в состоянии.
Никто не говорит о том, что ночью нужно погружать города в кромешную темноту, как это было в средневековье. Но вот научиться «не светить там, где это не является необходимым» человечеству стоило бы...
Часто можно прочитать в научно-популярной статье, что «собаки видят мир чёрно-белым, а не цветным» или «коровы не видят красный цвет». Однако возникает вопрос: а откуда информация? Собака сама рассказала автору исследования, как она видит?
«Почему тюльпаны такие красные?» – спрашивает малыш воспитательницу в детском саду. «Потому что яркие цветы привлекают пчёлок, которые собирают мёд!» – отвечает уверенно воспитательница. Шестилетний биолог, получив такое разумное и понятное объяснение, довольно кивает и бежит играть в песочницу.
А откуда у воспитательницы такие сведения? Действительно ли пчёлы видят мир таким, каким видим его мы? Различают ли они цвета? Формы предметов?
Этими непростыми вопросами учёные заинтересовались всерьёз только в XX веке. До этого вопрос «как видят животные и растения» (да-да, именно растения, мы не ошиблись!) особо не поднимался. Само собой, люди обращали внимание на то, что животные видят не совсем как люди – скажем, кошки прекрасно видят в темноте. А хищные птицы могут с километровой высоты разглядеть бегущую по земле мышь. Но это оставалось, скажем так, «уделом любознаек».
В XX веке в биологии развилось новое направление – этология, то есть наука о поведении животных. Сейчас даже первоклассник знают про то, что пчёлы могут «разговаривать» друг с другом с помощью «танцев» – то есть сложных движений крыльев и брюшка. А когда об этом впервые написал немецкий биолог Карл Фриш, над ним смеялись. «Пчёлы? Общаются друг с другом? Рассказывают друг другу о том, где находится нектар? Профессор, вы в своём уме?»
Учёным-этологам было очень трудно. Для того, чтобы правильно описать поведение животного, нужно точно знать, как оно воспринимает мир. Если мы видим на клумбе красный тюльпан, означает ли это, что пчела видит тот же самый красный тюльпан? Как это узнать? Между собой пчёлы общаются с помощью танцев – но как человеку узнать о том, что и как видит пчела?
Перед учёными лежало, как в волшебной сказке, «две дороги». Первый способ, первая «дорога» заключалась в том, чтобы обратиться к физиологии. То есть взять в руки скальпель и буквально под микроскопом максимально подробно изучить – как устроен глаз, как он работает.
Выяснились просто потрясающие вещи! Оказалось, что все глаза в живом мире планеты Земля построены приблизительно «по одним и тем же чертежам». И этому есть простое объяснение – распространение света происходит по одним и тем же законам, законам оптики. И природа, создавая «приёмник светового излучения» (то есть глаз), попросту следовала этим самым законам. Чтобы увидеть свет, нам нужно отверстие или углубление – раз. Нужны светочувствительные клетки на дне этого углубления – два. Нужна прозрачная среда, которая будет пропускать свет, но при этом защищать светочувствительные клетки – три.
Одно из самых удивительных явлений в биологии – это поразительное сходство глаз у самых, казалось бы, далёких друг от друга живых организмов. Например, мы, люди ну просто совсем-совсем не родственники головоногим моллюскам – кальмарам, осьминогам или каракатицам, а вот глаз осьминога на глаз человека невероятно похож! То же самое отверстие зрачка. Та же светочувствительная «матрица» – сечатка. Та же прозрачная роговица, защищающая глаз. Та же прозрачная фокусирующая линза – хрусталик.
Схематический разрез глаза позвоночного (включая человека) и головоногого молюска
Это, кстати, не означает что глаз осьминога является «точной копией» глаза человека. Скажем, мы, люди, для того, чтобы увидеть предмет «вблизи» или «вдали», изменяем кривизну хрусталика с помощью специальных мышц. Наша «линзочка» мягкая, она может становиться то «более выпуклой», то «менее выпуклой». А вот осьминоги для подобной «наводки на резкость» используют другой метод – их хрусталик двигается вперёд-назад, примерно как линзы в фотоаппарате!
Глаз обыкновенного осьминога
Так что разница есть – а вот общие принципы одни и те же. Глаз человека похож на глаз осьминога, а глаз осьминога – на глаз паука-скакуна... Хотя у паука не два глаза, а восемь. Но из них шесть – дополнительные, неподвижные. А «главных» глаз у него – два. И снова – прозрачная линза, глазодвигательные мышцы, светочувствительный слой...
«А как же глаза насекомых? – спросите вы. – Ведь они на глаза людей совсем не похожи!» Глаза насекомых (а также ракообразных и многоножек) являются сложными – то есть состоят из отдельных зрительных элементов, омматидиев. А каждый омматидий – это, по сути, всё тот же самый «глаз» – у него есть фокусирующая линзочка (хрусталик) и есть воспринимающие светочувствительные клетки.
У пауков глаза простые. Это глаза паука-скакнуа
Схематическое устройство глаза паука
У такой «системы» есть и свои плюсы – скажем, насекомому не нужны мышцы, двигающие хрусталик. И сам хрусталик очень прочный и жёсткий, он из хитина. Образно говоря, «проще и надёжнее конструкция». Но есть и минусы – зрение при таком подходе получается не очень чёткое, «попиксельное».
Сложный (фасеточный) глаз креветки
Внутри человеческого глаза учёные обнаружили особые химические вещества (зрительные пигменты), чувствительные к свету – родопсин и четыре типа фотопсинов. Родопсин содержится в клетках, которые называются «палочками» и отвечает за ночное (чёрно-белое) зрение. Фотопсины содержатся в клетках, которые называются «колбочками» и отвечают за дневное (цветное) зрение. Кстати, если вы думаете, что зрительные пигменты у нас есть только в глазах, то ошибаетесь! Оказывается, родопсин есть и в особенных клетках нашей кожи – меланоцитах. Да-да, мы «видим кожей». Светочувствительные клетки нашей кожи реагируют на ультрафиолетовое излучение и «запускают» процесс выработки другого вещества – меланина. В результате кожа темнеет, мы загораем на солнышке!
Исследования фотопсинов показали, что каждый из разных типов «отвечает» за восприятие отдельного цвета – красного, зелёного и синего. «Смешивая» эти базовые цвета, мы получаем возможность воспринимать все любимые нами цвета радуги. Мы, люди, обладаем очень хорошим цветным зрением – как говорят учёные «трихроматическим», «трёхцветным».
А если глаз у животного содержит не три типа светочувствительных пигментов, а, скажем, меньше? Скажем, у собак таких светочувствительных пигментов только два, поэтому зрение собак называется «двухцветным», «дихроматическим». Они могут видеть синий, голубой и жёлтый цвета – но не различают красный, оранжевый и зелёный. С другой стороны, собаки намного лучше людей воспринимают оттенки серого цвета – у них и ночное зрение намного лучше человеческого!
А есть ли животные, которые видят больше цветов, чем люди? Да. Это – птицы. Сечатка глаза у птиц содержит четыре разновидности зрительного пигмента – чувствительные к красному, зелёному, синему и ультрафиолетовому (!) цветам спектра. Зрение птиц – «тетрахроматическое», то есть в переводе с греческого «четырёхцветное». Птицы видят намного больше красок, чем мы, люди. Птица, оперение которой кажется нам «просто чёрным», с точки зрения другой птицы может выглядеть очень даже «нарядной» и «разноцветной».
Слева – так видит человек; справа – так видит птица
Итак, «первая дорога» – это физиология, изучение собственно строения глаза. Но значит, есть и вторая? Да, второй способ изучения зрения животных тоже есть. Именно его использовали учёные-этологи Карл Фриш и Нико Тинберген. Вместо того, чтобы изучать зрительные пигменты и другую «химию зрения», они внимательно и упорно изучали поведениеживых животных – пчёл и ос.
Нико Тинберген (слева) и Карл Фриш
Быть этологом интересно – но и очень сложно. Терпение для этого нужно просто фантастическое! Каким образом Карл Фриш смог узнать, какие цвета пчёлы видят, а какие – нет? Сперва он приучал пчёл пить сладкую воду из плошки, которая ставилась на карточку нужного цвета. Затем он ставил эту карточку посреди других – раскрашенных в разные оттенки серого. Если пчёлы «выбирали» цветную карточку, значит они видят этот цвет! Представляете, сколько времени у учёного ушло на такие опыты? Однако он смог доказать – пчёлы обладают цветным зрением, но не таким, как мы. Они различают жёлтый, синий и фиолетовый цвета, а ещё видят в ультрафиолетовом участке спектра! А вот красный цвет они не видят, так что красный тюльпан пчела видит не красным, а чёрным или тёмно-серым. И объяснение воспитательницы «почему красные тюльпаны» (или учительницы из очень хорошей повести Николая Носова «Дневник Коли Синицына»), оказывается, не совсем верное...
Приблизительно так пчела видит цветок
Ещё дальше в своих наблюдениях пошёл голландский учёный Нико Тинберген. Он изучал не пчёл, а их страшного врага – «пчелиного волка», осу-филанта. Филанты не живут в ульях семьями, это осы-одиночки. Филант выкапывает для себя норку в земле – именно туда самка откладывает яйцо и туда приносит убитых пчёл – корм для растущей личинки. На выбранном участке леса Тинберген нашёл 25 (!) гнёзд филанта, тщательно отметил их на карте и стал наблюдать. Каждую осу он аккуратно помечал цветной точкой, так что сразу было видно – «та» это оса или «чужая».
Несмотря на то, что на охоту осе летать было далеко, она всегда безошибочно находила свою норку. Что позволяет ей находить её так легко? Запах? Или всё-таки зрение? Тинберген окружил выход из норки кольцом из шишек. Оса, вылетев из норки, сильно «озадачилась». Она долго летала вокруг выхода, будто старалась запомнить все «новые детали», «сфотографировать». А затем – ррраз! – и умчалась на охоту.
Опыт 1. Филант запоминает, что вокруг норки выложено кольцо из шишек
Тогда учёный очень аккуратно перенёс кольцо из шишек на другое место, примерно в метре от настоящей норки. Вот оса возвращается с тяжёлой добычей, и вот она летит прямёхонько в центр круга, выложенного из шишек! Она не находит норки. Что делать? Оса бросает добычу и начинает искать свою нору. Она взлетает, делает несколько кругов, наконец обнаруживает норку. Тогда она возвращается за брошенной добычей и уже безошибочно отправляется «домой». Это могло означать только одно – при поиске своего дома оса руководствуется не запахом, не звуком, не каким-то загадочным «шестым чувством», а именно зрением!
Опыт 2. Исследователь переносит кольцо в сторону от норки. Филант прилетает и садится именно в центр кольца
Учёный ставит следующий опыт – он дожидается, пока оса снова вылетит на охоту, и перекладывает шишки так, чтобы они образовали не круг, а треугольник. Затем рядом он выкладывает круг – только уже не из шишек, а из камушков! Когда оса вернётся, сможет ли она различить подмену? Вернувшаяся оса направилась чётко в центр кольца из камней! Значит, она видит не «мелкие детали», а картинку «в целом» – ей важны не «шишки или камушки», а «круг или треугольник».
Опыт 3. Шишки вокруг норки исследователь переделал в треугольник, а рядом сложил круг из камней. Филант, возвращаясь, садится в центр круга
Профессор Тинберген экспериментировал с кустиками травы, дощечками, пропитанными пахучим составом, мелким мусором – эти опыты заняли не один день, не два и даже не целый месяц... Тысячи наблюдений, невероятное терпение – это же живая оса, её не получится «подогнать», сказать ей «лети уже быстрее!» или что-то подобное. Однако в итоге было неопровержимо доказано – осы-филанты обладают превосходным зрением и отличной зрительной памятью.
Оса-филант, или "пчелиный волк"
Опыты Фриша и Тинбергена (за свою работу они получили в 1973 году Нобелевскую премию) показали, что пчёлы и осы не только обладают цветным предметным зрением, но и способны ощущать поляризацию света. Знаете, что такое поляризация?
Вечером посмотрите на какой-нибудь огонёк вдали, прикрыв глаза, но не до конца. Так, чтобы свет проникал сквозь ваши ресницы. Видите красивые «лучики»? Именно такой свет и называется поляризованным. А вот пчёлам для поляризации прищуривать глаза не надо – они поляризацию видят «сразу», «просто так». Что это даёт? А то, что они «видят» Солнце на небе даже в самую пасмурную погоду! Точнее, само Солнце они не видят, но «видят», откуда в точности идёт свет.
Поляризация солнечного света позволяет насекомым определять положение солнца даже в пасмурную погоду
А вам, друзья, какой способ изучения зрения животных больше по душе? Физиология (то есть «как оно устроено изнутри») или этология («как оно работает снаружи»)? Профессор Тинберген писал об этом вот как:
"Положение физиолога и этолога можно сравнить с положением двух марсиан, изучающих управление автомобилем. Один из них – этолог – видит, как машина ездит, следуя изгибам дороги, ускоряя и замедляя движение. Что красный свет светофора вызывает остановку машины. Другой марсианин – физиолог – может во всех деталях разобраться в том, как устроен двигатель, как впрыскивается топливо, как работает коробка передач... Но если эти учёные не объединят своих усилий, им никогда не понять «общую картину», «автомобиль вообще». Мы очень близки к положению этих двух марсиан – с той разницей, что живой организм бесконечно сложнее автомобиля..."
Напоследок – хотите научную загадку? Самую настоящую, до сих пор не разгаданную? Помните, мы говорили о том, что по количеству типов воспринимающих цвет клеток (фоторецепторов), можно сказать, сколько цветов и оттенков животное воспринимает? У собак зрение дихроматическое, у людей – трихроматическое, у птиц – тетрахроматическое... А бывает ли больше? Какое животное на земле является «рекордсменом» по зрительным пигментам? Обладает «самым-самым» зрением? Наверное, это какая-нибудь хищная птица? А вот и нет...
Рак-богомол, или "павлинья креветка"
Это морской рак-богомол из отряда ротоногих. В его глазах содержится до 16 (!!!) типов фоторецепторов. Каждый глаз, как у большинства ракообразных и насекомых, состоит из множества простых глазков – около 10 тысяч штук. Каждый глаз при этом размещается на отдельном подвижном стебельке и разделён на три «зрительные зоны». То есть каждый глаз видит «всё вокруг и сразу везде», на 360 градусов, да ещё и может работать как «тройной бинокль-дальномер».
Глаза рака-богомола
Опыты учёных показали, что рак-богомол умеет «переключать» видимые диапазоны волн, почти как жуткий Хищник из фантастического кино. Этот рак способен различать абсолютно все цвета – вплоть до глубокого ультрафиолета, плюс воспринимает поляризацию света – и линейную, и круговую!
Учёные до сих пор не могут разобраться, зачем же раку-богомолу такие уникальные и сложные глаза. Зачем ему 16 типов светочувствительных клеток – если большинству остальных животных мира хватает двух-трёх? Зачем ему возможность видеть, как говорят физики, «в дальнем ультрафиолете»?
Рак-богомол
Рак-богомол не охотится активно, подобно орлам или акулам – это типичный «засадный» хищник (как и обыкновенный богомол). Затаившись в засаде, он терпеливо ждёт, когда к нему близко подплывёт неосторожная добыча. Затем – резкий рывок (скорость около 120 метров в секунду, между прочим!), мощный удар (может человеку палец сломать запросто), захват, «приятного аппетита»...
Рак-богомол разбивает раковину молюска
Подобный образ жизни ведут самые разные животные мира – при этом некоторые вообще почти лишены глаз, им хватает чувствительных волосков и других подобных органов...
А что же растения? О которых мы в самом начале сказали, что они тоже обладают зрением? А вот не смейтесь. В 2016 году было обнаружено, что пресноводная цианобактерия (раньше эти удивительные создания называли «сине-зелёные водоросли») с жутким названием «синехоцистис» может работать подобно простому глазку – причём в качестве собирающей свет линзы она использует всё своё тело!
Пресноводная цианобактерия синехоцистис
Для чего это водоросли, исследователи пока не поняли – но раз такой механизм существует у низших растений, он мог возникнуть и у высших тоже. А в клетках многих растений были обнаружены вещества, характерные для простых глазков (оцеллий) простейших организмов... В общем, с растениями далеко не всё «чисто».
Бокила трёхлистная
Скажем, южноамериканская лиана бокила трёхлистная славится тем, что умеет «копировать» форму листьев растений, которые оплетает! Причём бывает так, что бокила в процессе роста «перебирается» с одного растения на другое – так она умудряется копировать листья и того, и другого растения! Да так, что только специалист сможет отличить...
Бокила трехлистная (V) копирует форму листьев растения-хозяина (T)
Вот каким образом она это делает? И самое главное – для того, чтобы скопировать форму листа, надо его каким-то образом «увидеть», не так ли? И учёные (отбросив предрассудки, энтов из книжек Толкиена и прочие насмешки про «грибы с глазами») обратили внимание на тот факт, что некоторые клетки эпидермиса у бокилы имеют линзовидную форму...
Могут ли они служить растению «глазами»? Или это просто совпадение? Наблюдения, опыты, исследования продолжаются... Бесспорно одно: окружающий нас мир полон тайн и загадок, и многие из них только предстоит раскрыть.
Выписать бумажный журнал можно по ссылке https://podpiska.pochta.ru/press/П5044 , но лучше подписаться прямо в почтовом отделении – попросить подписать вас на детский журнал "Лучик 6+" (таково его полное официальное название).
Становление насекомьей личности называется метаморфозом — возрастным изменением строения организма. Этот процесс можно было бы назвать просто «взрослением», но простота — не конёк букашек. Насекомые привыкли усложнять себе жизнь с самого рождения, но надо отдать им должное — делают они это красиво.
Та самая игрушка-тролль из детства, которую знатно потрепала жизнь.
Весь метаморфоз идёт в несколько стадий. И каждая из них меняет насекомое до неузнаваемости! Всё начинается с яйца. Принципиальных различий в процессе созревания у яиц насекомых нет, но вот внешне они могут быть настолько разными, что порой даже непонятно: оно вообще с нашей планеты?
Всё, что вы видите на фото — яйца разных насекомых, а не случайная 3D графика.
Вторая стадия — личинка, или нимфа. Здесь насекомое мало отличается от посленовогоднего человека: юная букашка радостно уплетает всё, до чего дотянется, порой в невероятных масштабах. Учёные подсчитали, что некоторые виды за стадию нимфы съедают в 27.000 раз больше, чем вес их собственного тела!
Все, кто видел личинки майского жука, знают, что они могут быть гигантскими!
Естественно, при таких аппетитах одёжка из хитина очень быстро становится маленькой. Поэтому личинка несколько раз линяет, сбрасывая покровы, которые стали узки в талии. Период от линьки до линьки у личинок называется возрастом. В зависимости от вида насекомого, этих возрастов к началу третьей стадии может насчитываться от 3 до 30.
Да, эта желешка — тоже нимфа. Из неё вырастет бабочка-слизневидка.
Третья стадия звучит очаровательно — куколка. Отъевшаяся букаха полностью теряет способность двигаться, покрывается плотной кутикулой, и в силу вступает настоящая магия! Из несуразной личинки насекомое превращается во взрослую особь.
Красота загрузилась на 80%. Пожалуйста, подождите.
Вопреки расхожему мнению, личинка в куколке вовсе не превращается в кашу, из которой рождается будущее насекомое. В теле куколки сохраняются недифференцированные клетки. То есть те, которые не принадлежат ещё ни одной системе организма. По факту, это запас необработанного материала, из которого насекомое и «лепит» свою идеальную фигуру. А ещё после линьки насекомые оставляют жутковатые пустые шкурки — свои бывшие покровы. Так что не пугайтесь, если найдёте такую в лесу или парке!
Родиться ты родился, но убирать за собой никто не учил? А ну, прибери свою старую одёжку!
И, наконец, финальная стадия развития насекомого — имаго, или взрослая особь. К ней рано или поздно приходит каждое насекомое. Это те самые бабочки и жучки, с которыми мы чаще всего сталкиваемся в жизни. У каждого из них свои особенности и свои секретики, но миссия чаще всего лишь одна — оставить потомство. Некоторые виды живут всего пару дней. А жизнь падёнок и вовсе идёт на минуты, большинство взрослых особей не продержится даже суток!
Более десяти лет таинственное явление в форме змееподобной процессии личинок, привлекавшее внимание ученых и жителей Аляски, наконец, нашло свои ответы.
Международная группа исследователей, во главе с Дереком Сайксом и Таллесом Перейрой, раскрывает новый вид грибных мух и уникальное адаптивное поведение их личинок.
В 2007 году Мэгги Биллингтон, волонтер музея Университета Аляски, сделала захватывающее открытие в Эстере. Она обнаружила тысячи личинок, двигающихся змееподобной вереницей. Это вызвало интерес Дерека Сайкса, исследователя насекомых, который начал серию исследований.
Международная команда ученых, включая Таллеса Перейру, идентифицировала личинок как новый вид грибных мух, Sciara serpens. Последующее исследование, опубликованное в журнале Integrative Systematics: Stuttgart Contributions to Natural History, выявило уникальные особенности поведения этих личинок.
Эти личинки демонстрируют необычное коллективное поведение, формируя линию, напоминающую змею. По мнению ученых, такая стратегия может быть адаптивной реакцией на окружающую среду, создавая иллюзию большего размера и отпугивая хищников.
Таллес Перейра и Дерек Сайкс изучили гениталии самцов Sciara serpens, выявив выраженные морфологические различия с европейскими видами. Эти различия подтверждают, что Sciara serpens представляет собой новый вид грибных мух.
Ученые предполагают, что змееподобное поведение личинок является эволюционной адаптацией к суровым условиям среды Аляски. Оно может служить защитой от хищников и обеспечивать сохранение влаги в пересекаемых ими сухих участках.
Открытие Sciara serpens расширяет понимание роли грибных мух в экосистемах. Как опылители и разлагатели органических веществ, эти насекомые играют важную роль в цикле питательных веществ и размножении растений.
Открытие нового вида грибных мух и удивительного поведения его личинок на Аляске не только добавляет к палитре природных открытий, но и подчеркивает важность понимания адаптаций видов к экстремальным условиям. Вопросы о природе "змеиного червя" и сожительства с жуками остаются открытыми, оставляя много простора для будущих исследований.