Как у зебры появились полоски
Как появились полоски у зебры?
Венгерские ученые предложили новое объяснение назначения белых и черных полосок у зебр, которые не давали покоя еще Чарльзу Дарвину. Причины их возникновения у зебр, к большому удивлению биологов, оказались связны с насекомыми.
Адам Эгри из университета Лорана Этвеша со своими коллегами в результате недавно проведенного исследования пришел к выводу, что посредством чередования на теле белых и черных полосок зебры защищаются от кровососущих насекомых.
Венгерские биологи решили проверить гипотезу, высказанную еще 80 лет назад, согласно которой полосатые лошадки намного менее привлекательны для слепней, чем их одноцветные сородичи. Это связано с особенностями зрения у насекомых. Привлекательность полосатой поверхности для насекомых снижается не столько по причине чередования яркости, сколько из-за эффектов поляризации. Полоски белого и черного цвета отражают падающий на них свет с различной поляризацией, что сбивает насекомых с толку. Полоски путаются в голове слепней, нарушая ориентацию насекомых в пространстве.
Для экспериментальной проверки этой теории исследователи использовали подносы с маслом. Они были необходимы для ловли мух. Охотились ученые на фермах недалеко от Будапешта, на которых нужные насекомые водились в изобилии. Черные подносы биологи покрыли различными белыми узорами: тонкими и толстыми полосами, параллельными и пересекающимися лентами и т.п.
Эксперименты показали, что слепням тонкие полосы нравятся гораздо меньше, чем толстые, и в подносы с параллельными белыми полосами насекомые попадали реже, чем в те, где полосы пересекаются. Исследователи обнаружили, что с уменьшением ширины полос объект становится для слепней все менее привлекательным, а полоски зебр как раз оказались в диапазоне наибольшего «отторжения».
Через укусы насекомых передаются многие заболевания, так что у полосатых животных в Африке теоретически было больше шансов выжить, чем у животных с другой окраской. Чешские ученые считают, что гипотеза с насекомыми объясняет также и полосатость и других животных, а не только зебр.
Существует много других теорий, объясняющих появление полосок у зебр. Согласно одной из них, такая окраска нужна лошадкам, чтобы маскироваться в высокой траве, однако на открытых равнинах это не работает. Вторая теория гласит, что полосы создают оптические иллюзии, сбивая хищников с толку. По третьей версии полосы нужны зебрам для терморегуляции, но это еще не доказано. Ни одна из гипотез, объясняющих причины появления и функции полосок у зебр, пока не утверждена в качестве истинной.
Ученые выяснили, почему зебры полосатые
Ученые разместили макеты лошадей на поле, облюбованном слепнями
Исследователи из Венгрии и Швеции утверждают, что им удалось отыскать ответ на вопрос, каким образом у зебр появились их характерные черно-белые полосы. Эта загадка была предметом горячих споров в научной среде на протяжении десятилетий.
Путем экспериментов ученые пришли к выводу, что полосы нужны животным для того, чтобы уберечься от кровососущих насекомых.
В статье, опубликованной в Журнале экспериментальной биологии, они пишут, что узкие полосы делают зебру «непривлекательной» для оводов и слепней.
Ключ к разгадке заключается в том, как испещренная полосами поверхность отражает свет.
Скептики в ответ задаются встречным вопросом, почему из всего множества животных, страдающих от назойливых насекомых, полосатая окраска встречается только у зебр.
Белокурым живется легче
Подобный эффект делает темных лошадей весьма привлекательными для мух.
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Подкаст
Доктор Акессон с коллегами обнаружила, что слепней весьма привлекают именно такие, «плоские» световые волны.
Светлый окрас дает при отражении неполяризованный свет, говорит Акессон. Волны неполяризованного света распространяются во всех плоскостях и привлекают внимание насекомых в гораздо меньшей степени. Как результат, белые лошади значительно меньше страдают от слепней, чем их темные сородичи.
Липнут как мухи
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Там у нас было для осуждения четыре версии:
1. полосатая окраска сбивает с толку львов во время атаки.
2. это форма мимикрии, она делает животное менее заметным на окружающем фоне.
3. уникальный рисунок, подобно отпечаткам пальцев, и животные могли бы запоминать и узнавать друг друга.
4. гипотеза связана с насекомыми-кровососами
Так вот, недавно опубликована научная работа, подтверждающая одну из теорий.
Группа биологов из Бристольского университета в ходе экспериментов нашла наконец ответ на этот вопрос: полосы дезориентируют слепней и мух цеце, которые в результате гораздо меньше беспокоят зебр, чем других животных.
Слепни одинаково кружили как над лошадьми, так и над зебрами, но приземлялись на разные поверхности по-разному
Они не первые, кто делает такой вывод: семь лет назад исследователи из Венгрии и Швеции, проведя похожие опыты, пришли к аналогичным выводам.
Однако после того были выдвинуты и другие теории, объясняющие полосатую окраску зебр.
Бристольские ученые провели следующий эксперимент: они вывели на поле в английском графстве Сомерсет трех живущих в неволе бурчелловых зебр (наиболее распространенный вид зебр) и девять обычных лошадей разных мастей — гнедую, вороную, белую и серую.
Зебры и лошади выводились на выпас на разные, но прилегавшие друг к другу поля в одни и те же дни. На лошадей в произвольном порядке надевались различные попоны, как одноцветные, так и полосатые — с рисунком, повторяющим шкуру зебры.
В ходе этого эксперимента выяснилось, что слепни ведут себя практически одинаково вокруг лошадей и зебр, пока дело не доходит до приземления.
«Мы наблюдали, что слепни летели очень быстро, но потом чуть ли не разворачивались, а иногда даже врезались в зебру со всего ходу вместо того, чтобы совершить нормальную посадку», — пояснил ход эксперимента доктор наук Мартин Хау, один из соавторов этой работы, в интервью газете Guardian.
Ученые проводили в поле по 16 часов в день, фиксируя свои наблюдения на видео в течение нескольких летних месяцев в 2016-17 гг.
Выяснилось, что слепни одинаково кружили как над лошадьми, так и над зебрами, но гораздо реже приземлялись именно на полосатый рисунок — как шкуры настоящих зебр, так и попоны, лежавшие на лошадях.
«С расстояния более двух метров или около того зебра [для слепней и мух] выглядит совершенно так же, как и серая лошадь: они совершенно не могут различить полоски», — сказал Хау.
Как пояснил ученый, внезапное возникновение полос в поле зрения при быстром приближении либо удивляло насекомых, заставляя их менять траекторию полета, либо нарушало их восприятие того, как быстро движется животное, на которое они хотели бы приземлиться, и это мешало им совершить точную посадку.
Маскировка с целью не привлекать внимание хищников, терморегуляция и даже возможность лучше общаться с сородичами — такие гипотезы появления у зебры полосок были на протяжении последних 150 лет среди наиболее популярных.
«С эволюционной точки зрения зебра появилась в тех точках земного шара, где мухи переносят различные смертоносные заболевания, так что укус мог иметь плачевные последствия. Тогда как у домашних лошадей такой побудительной причины [для появления полос] не было», — пояснил Мартин Хау.
Ученый также посоветовал любителям активного образа жизни на природе брать пример с зебр и выбирать полосатую одежду или, на худой конец, с любым крупным узором, чтобы уберечься от укусов назойливых насекомых.
Вся правда о полосках зебры: тайна почти разгадана
Автор фото, Getty Images
Полосатых животных на Земле, мягко говоря, немного, а среди семейства лошадиных зебра и вовсе одна такая. Загадка ее полосатости мучила многих, выдвигались разные версии, никак не подкрепленные научно. Но в последние годы исследователи решили взяться за этот вопрос всерьез, с применением последних достижений науки.
Редьярд Киплинг в сказке «Как леопард получил свои пятна» когда-то выдвинул свою, сказочную версию появлению полосок на зебре: «От неравномерно ложившихся теней жираф, прятавшийся под деревьями, сделался пятнистым, зебра сделалась полосатой».
Но далеко ли от подобных предположений ушли современные ученые?
Интереснейший эксперимент прошел в феврале 2019 года на одном конном дворе в Великобритании. Группа эволюционных биологов из Калифорнийского университета (Дэвис) и их британские коллеги исследовали тот самый вечный вопрос: почему зебра полосатая.
Во имя науки они переодели несколько домашних лошадей: накинули на них попоны с полосками как у зебры, поместили их в загон с настоящими зебрами и начали за ними наблюдать.
Автор фото, Getty Images
У хозяйки конного двора Терри Хилл живет стадо зебр, которых она приобрела у разных британских зоопарков.
Слегка одомашненные зебры конного двора Хилл предоставили Тиму Каро, экологу из Сент-Эндрюсского университета (Шотландия), изучающему зебр почти 20 лет, редкую возможность находиться в метрах от них и наблюдать за ними в непосредственной близости.
Однако в прошлом теории выдвигались без серьезной научной проверки.
Черные с белыми полосками?
Рисунок полос и их насыщенность зависят от вида и ареала обитания. Обычно мы пытаемся понять смысл полосатости зебр, основываясь на этой разнице в окрасе и трудностях, с которыми зебры сталкиваются в дикой природе.
Автор фото, Getty Images
Тонкая и короткая шерсть зебры плохо защищает от укусов насекомых. Но вот что удивительно: анализы мух цеце не нашли в их организме следов крови зебр.
На протяжении почти ста лет устные свидетельства и эксперименты с неодушевленными моделями раз за разом показывали: мухи, как правило, не садятся на полосатую поверхность.
Серьезное подтверждение этому было получено в 2014 году, в исследовании Каро и его коллег. Они собрали данные о погоде, присутствии львов и размерах стада зебр и сравнили эти факторы с полосатостью зебр, обитающих в той или иной местности.
Согласно Каро, полосатость была более явной там, где было больше слепней.
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Подкаст
Исследование на конном дворе Хилл, которое было проведено в начале 2019 года, пролило новый свет на догадки Каро и его коллег.
Они наблюдали за поведением слепней в присутствии лошадей и зебр. На некоторых лошадей надели черные, белые и полосатые попоны. На зебр и лошадей в полосатых попонах садилось гораздо меньше слепней.
По его словам, он с коллегами работает над большим массивом неопубликованных видеоданных, где заснято, как насекомые приближаются к той ли иной поверхности. Ученые пытаются понять, как полоски влияют на характер посадки насекомых.
Между тем в Принстонском университете эволюционный биолог Дэниел Рубенстайн с коллегами изучает в виртуальной реальности, что видят насекомые.
Система охлаждения
Однако некоторых других исследователей зебр, среди которых британцы Элисон Кобб и Стивен Кобб, не удовлетворяет такое объяснение. Они считают, что полосы нужны зебре в основном для терморегуляции.
И хотя Элисон Кобб одобряет исследования Каро, она считает, что кусачие насекомые оказали слишком малый эффект на развитие полосатости зебр.
Автор фото, Getty Images
Среди зеленовато-коричневой гаммы африканской саванны черно-белая раскраска выглядит необычно
Идея состоит в том, что черные полоски зебры поглощают тепло по утрам, согревая животное, а белые полоски лучше отражают солнечный свет и помогают зебрам не перегреваться, пока те пасутся на солнцепеке.
Такая, казалось бы, простая логика, однако, убеждает далеко не всех.
Каро и его коллеги обнаружили лишь слабое взаимное наложение факторов расцветки зебр и максимальных температур.
Год спустя смоделированное территориальное исследование саванных зебр (наиболее распространенных в восточной и южной Африке) привело к тому, что Бренда Ларисон из Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) сформулировала: более яркие рисунки полос, кажется, более свойственны зебрам, обитающим в более теплых регионах или регионах с более интенсивным солнцем.
Однако пока эксперименты не прояснили ситуацию полностью. Исследование 2018 года пришло к выводу, что вода в бочках, окрашенных в полоску, не охлаждается сильнее, чем в однотонно окрашенных.
Но это не убедило Рубенстайна. Он считает, что в том эксперименте было слишком мало образцов и слишком много противоречивых данных.
По словам Рубенстайна, он с коллегами проводит исследование, в котором задействовано больше бутылок с водой, и эти эксперименты показывают, что полоски помогают охлаждать содержимое сосудов.
Эти данные еще не опубликованы, но он говорит, что его коллеги проверяли температуру на поверхности тела животных в смешанных стадах и обнаружили: у полосатых зебр температура была на несколько градусов ниже, чем у неполосатых животных.
Однако бочки и бутылки не могут полностью имитировать механизм охлаждения зебры. Подход подобных исследований слишком упрощен, чтобы полностью объяснить смысл полосатости зебр.
Автор фото, Getty Images
Эксперименты раз за разом показывали: мухи, как правило, не садятся на полосатую поверхность
Как и лошади, как и люди, зебры охлаждают себя, потея. Испаряющийся пот выводит излишки тепла, однако испарение должно происходить достаточно быстро, чтобы пот не накопился и не создал для животного подобие сауны.
В июне Элисон и Стивен Коббы написали в Journal of Natural History («Журнал естествознания»), что в более теплое время суток у темных полос на теле зебры температура была на 12-15 градусов Цельсия выше, чем у белых.
Коббы предполагают, что такая постоянная разница в температуре может создавать легкое движение воздуха.
Они также обнаружили, что шерсть на черных полосах поднимается в ранние утренние часы и в полдень. Таким образом она сохраняет тепло холодным утром и помогает испарению пота в полдень.
Они не прячутся, они убегают
В монографии «Полоски зебры», вышедшей в 2016 году, Каро перечисляет многочисленные свидетельства, которые опровергают то, что зебры якобы используют свою полосатость для отпугивания хищников или для того, чтобы сбить их с толку.
Кроме того, этим животным свойственно убегать от хищников, а не прятаться от них. И львы, судя по всему, не испытывают никаких проблем, чтобы закусить полосатым животным.
Автор фото, Getty Images
Зебры обычно убегают от хищников, а не прячутся от них
Он подчеркивает, что в предыдущих исследованиях проверялось, могут ли полоски ввести в заблуждение человека, а не льва.
«Когда речь идет о каком-либо конкретном нападении на зебру, мы не знаем, насколько оно было успешным». Он с коллегами сейчас изучает, как львы нападают на полосатые и неполосатые объекты.
Несмотря на всю тщательность и настойчивость последних исследований, ответ остается не до конца убедительным. Вполне возможно, что полоски эволюционировали, чтобы решать сразу несколько проблем.
Трудность состоит в том, что жалящих насекомых обычно много там, где тепло и влажно.
Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.
Почему зебра полосатая?
Причина, по которой зебры в ходе эволюции приобрели свою характерную окраску, уже не одно столетие мучает зоологов. Новое исследование пересмотрело взгляды на природу черных и белых полосок.
На детский вопрос: «Почему зебра полосатая?» биологи пытаются ответить едва ли не со времён Чарльза Дарвина. Существует несколько эволюционных объяснений, почему на шкуре у зебр чередуются черные и белые полоски. Им, например, приписывают защитную функцию: якобы полосатая окраска сбивает с толку львов во время атаки. Возможно, предков современных зебр от хищников такая окраска и спасала, но сейчас большие кошки уже не испытывают серьезных трудностей, когда хотят на обед полосатую лошадь. Другая гипотеза состоит в том, что полосатая окраска – это форма мимикрии, она делает животное менее заметным на окружающем фоне. Версия весьма спорная, учитывая, что с подобной окраской зебра может спрятаться разве что в березовой роще. Найти березу на африканском континенте, наверное, можно с той же вероятностью, что и встретить зебру в подмосковном лесу. Следующее объяснение предполагает социальную роль полосатой окраски. Каждая зебра имеет свой уникальный рисунок, подобно отпечаткам пальцев, и животные могли бы запоминать и узнавать друг друга по индивидуальным узорам: например, детеныш мог бы запоминать полоски на матери.
Четвёртая гипотеза связана с насекомыми-кровососами, которые, как недавно выяснилось, однотонные поверхности предпочитают полосатым. Если полосатые предки зебр меньше страдали от пресловутой мухи цеце, то в дальнейшем они могли бы получить эволюционное преимущество перед однотонными особями. Наконец, последнее объяснение связывает полосатость с терморегуляцией. Существует предположение, что черно-белая окраска способна лучше охлаждать животное, чем одноцветная. Дело в том, что черные и белые области тела по-разному нагреваются: белые слабее, черные сильнее. Возникающая разница в температурах вызывает микроциркуляцию воздушных потоков рядом с животным, что помогает зебре жить под жарким солнцем саванны. Так что же на этот раз было открыто в зебре, которую уже исследовали вдоль и поперек каждой ее полоски?
Команда из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) провела компьютерное исследование взаимосвязи между особенностями окраски зебр и условиями их ареала. С одной стороны, было выбрано 29 различных факторов, описывающих окружающие условия. С другой стороны в программу была заложена окраска зебр из разных регионов. Цвет, интенсивность, длина и ширина полосок – зебру полностью представили в виде массива чисел. Дальнейшие расчеты показали, какие внешние условия коррелируют с характером окраски. Допустим, если у зебр, питающихся одним видом травы, полоски на спине в среднем шире, чем у другой группы зебр, которые питаются другой травой. В таком случае можно говорить о том, что рацион зебры связан с её расцветкой, что между одним и другим есть корреляция.
Подвергнув математическому анализу такие параметры, как зоны распространения мухи цеце, численность хищников и ряд других, исследователи выяснили, что ни один из них не коррелирует в должной степени с характером окраски зебр, кроме одного – температуры окружающей среды. То есть климат, в котором живут зебры, в наибольшей степени влияет на их окраску. Чем выше средняя температура, тем ярче и шире черные полоски. И, наоборот, в более холодных областях окраска зебр более тусклая, и даже не все части тела полосатые. Но в африканской саванне живут не только зебры. Почему же мы не видим антилоп с расцветкой «под зебру»? Авторы работы объясняют это тем, что зебры расщепляют съеденную растительность с меньшей эффективностью, чем прочие местные копытные. Относительное несовершенство пищеварительной системы заставляет их больше есть, а значит, и больше времени проводить на солнце. Потому они и нуждаются в дополнительном охлаждении.
Возможно, полосы действительно способствует лучшей терморегуляции животного за счет микроциркуляции воздуха. Поскольку зебры большую часть времени проводят на открытых территориях, для них фактор теплообмена с окружающей средой более важен, чем все прочие. А с точки зрения эволюции, главным врагом зебр являются не голодные львы или опасные мухи цеце, а палящее солнце.