Ученые давно спорят о функции черных и белых полос на шкуре зебр. Венгерские физики и биологи показали, что черно-белый рисунок зебр не привлекателен для слепней - кровососущих насекомых, отравляющих жизнь многим копытным. Черные и белые полосы по-разному отражают поляризованный свет, и оказывается, это является ключевым моментом для насекомых, которые воспринимают поляризацию света. Это исследование является первой серьезной работой, в которой экспериментально продемонстрировано преимущество полосатой окраски зебр.
Зебры относятся к роду Equus - тому же, что и домашняя лошадь. Выделяют три вида зебр - бурчеллову, пустынную и горную (рис. 1). Примечательно, что все эти три вида не являются между собой более близкими родственниками, чем по отношению к другим лошадиным, например, куланам или ослам. В то же время, у всех зебр детеныши, находящиеся в утробе матери, имеют черную окраску, и только на самых поздних стадиях развития покрываются белыми полосками. Начиная с XIX века ученые спорят о функции черных и белых полос на шкуре зебр. За это время было высказано много разных предположений. Некоторые из которых стоит перечислить.
1) Полосы могут создавать зрительные иллюзии, увеличивающие размер тела животного, что может быть полезно при защите от хищника.
2) Полосы могут использоваться как камуфляж. Например, такой рисунок может помогать зебрам сливаться с фоном в высокой траве саванн. В условиях пониженной освещенности полосы плохо различимы даже на близком расстоянии.
3) Полосы у передвигающихся зебр могут ослеплять хищников и затруднять им охоту.
4) Полосы могут использоваться при внутривидовой коммуникации. Поскольку каждая зебра имеет индивидуальный рисунок полос, зебры могут использовать этот рисунок для распознавания матери детенышами или доминантного самца самкой.
5) С помощью регулярного рисунка зебры могут оценивать приспособленность особей. Отсутствие регулярности в рисунке может служить индикатором неблагополучной, больной или раненой особи.
6) Полосы могут помогать при терморегуляции. Поскольку черные и белые полосы по-разному нагреваются на солнце, совместно они могут вызывать конвекцию воздуха и таким образом способствовать охлаждению животного.
7) Защита от мухи цеце. Известно, что мухи цеце стараются не садиться на полосатые поверхности, а предпочитают концентрироваться на однотонных объектах.
Примечательно, что большинство из этих потенциальных функций черно-белых полос у зебр не нашло экспериментальных подтверждений. На сегодняшний день только последняя гипотеза убедительно доказана - действительно, мухи цеце не любят садиться на зебр, от чего зебры, несомненно, выигрывают.
В последнем номере венгерские физики и биологи из разных институтов, в частности, из Университета имени Лоранда Этвёша , предложили новую функцию полос у зебр. Они предположили, что слепни, мухи из семейства Tabanidae , меньше привлекаются черно-белыми полосами зебр, чем однотонным рисунком других лошадей. Cлепни - одни из самых докучливых насекомых, постоянно отравляющих жизнь копытным (рис. 2). На сегодняшний день в данном семействе описано более 4154 видов. Эти насекомые неизменно присутствуют около источников воды, куда приходят на водопой многие копытные. Показано, что слепни привлекаются горизонтально поляризованным светом, который отражается от поверхности воды. Здесь надо сделать небольшое отступление и напомнить читателю, что означает поляризованный свет.
Ádám Egri, Miklós Blahó, György Kriska, Róbert Farkas, Mónika Gyurkovszky, Susanne Åkesson, Gábor Horváth. Polarotactic tabanids find striped patterns with brightness and/or polarization modulation least attractive: an advantage of zebra stripes // Journal of Experimental Biology . 2012. Vol. 215. Pp. 736–745.
При подготовке использована Варвары Ведениной на «Элементы»
Экология
Вопрос о том, почему у зебры появились в ходе эволюции черно-белые полосы, вызывал множество споров в научном мире. Недавно исследователям из Венгрии и Швеции удалось разгадать эту тайну. Эти полоски, как сообщили исследователи, помогают животным спасаться от кровососущих насекомых.
В последнем номере журнала Journal of Experimental Biology ученые сообщили о том, что полосатость зебры делает ее "не привлекательной" для насекомых. Это связано с тем, что контрастные полоски по-особому отражают свет.
"Мы стали исследовать лошадей черного, коричневого и белого окраса , – рассказывает Сьюзан Акессон (Susanne Akesson) из Лундского Университета , член международной исследовательской группы. – Мы обнаружили, что у черных и коричневых лошадей свет поляризован горизонтально". Этот эффект делает лошадей с темной шкурой привлекательными для насекомых.
Это означает, что темная шкура лошадей отражает свет, волны которого направляются прямо в глаза голодных насекомых и который движется в горизонтальной плоскости подобно змее, которая ползет по ровному полу. Доктор Акессон и ее коллеги обнаружили, что слепней очень привлекает такого рода "ровные" волны света.
"От белой шкуры свет отражается и становится неполяризованным, – объясняет она. – Такой свет может двигаться в любой плоскости и намного меньше привлекает насекомых". Выходит так, что черно-белые лошади испытывают куда меньше проблем из-за слепней, чем их родственники с темной шкурой.
Для того чтобы узнать, каким образом свет отражается от полосатой шкуры зебр и каким образом цвет влияет на количество укусов ненавистных слепней, исследователи провели эксперимент, разукрасив доски в разные цвета и разместив их на лошадиной ферме одного из сельских районов Венгрии. Затем нанесли на каждую доску клей и посчитали, сколько насекомых привлекла каждая из них.
Доска, разукрашенная в черно-белые полоски, которые имитировали цвет шкуры зебры, как оказалось, привлекла меньше всего насекомых, даже меньше, чем белая доска, которая отражала неполяризованный свет.
"Нас это удивило, так как полосатый образец имел черные полоски, которые давали горизонтально поляризованный свет, - сказала Акессон. – Чем уже полоски и чем больше они напоминают полоски шкуры зебры, тем менее привлекательной была такая поверхность для слепней".
Для того чтобы проверить реакцию насекомых на более реалистичные модели животных, исследователи изготовили четыре модели лошадей, которые имели запах животных, и разместили их на поле: черную, коричневую, полосатую и белую с черными пятнами.
Ученые собирали попавшихся в ловушку слепней каждые 2 дня и обнаружили, что модель "под зебру" привлекала меньше всего насекомых.
Другие ученые считают, что хотя этот эксперимент дал достаточно доказательств, не исключено, что есть и другие причины появления у зебр черно-белых полосок. Пока остается неясным, почему же такие полоски имеет только зебра, но они отсутствуют у остальных родственников, включая лошадей и ослов. Возможно, слепни оказывают на зебр более серьезное давление? И поэтому им пришлось в ходе эволюции обзавестись полосатой шкурой?
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.
Ширина черных полосок на задних ногах и четкость полосок на корпусе, для 16 популяций зебр, на основе расчетов по методу «Random Forest». Более интенсивные и широкие полоски характерны для животных, живущих ближе к экватору, в то время как для зебр, обита
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.
Одним из самых необычно окрашенных животных нашей планеты, несомненно, является зебра, удивляющая всех своими черно-белыми полосками. Долгое время ученые ничем не могли объяснить эту странную «расцветку», пока не обратили внимания на то, что место обитания зебр, а также очень опасной для животных мухи цеце, заражающей любого, кого укусит, сонной болезнью, одинаково — это тропические и субтропические районы Африки. В отличие от всех прочих животных, страдающих от укусов зловредной , зебры могут похвастаться тем, что это насекомое к ним даже не приближается. Как выяснилось, черно-белая окраска вызывает подозрение и очень пугает мух цеце (да и других насекомых тоже), предпочитающих держаться от загадочных зебр подальше.
Также полоски на теле зебры – это своеобразная маскировка в саванне. Когда стадо зебр спасается от преследования хищника ( , или ), полоски мелькают перед его глазами. Хищник не может выбрать себе жертву, на которую можно напасть. Мелькание черно-белых полосок приводит хищника в состояние недоумения. Зебры сливаются в его восприятии в единое целое. Хищник перестает их преследовать.
Способ избежать смерти
Полоски – это способ маскировки животного в условиях саванны, где растет высокая трава, подпаленная жарким солнцем, и вибрирует раскаленный воздух. Издалека заметить табун зебр очень непросто, особенно хищнику.
Кажется, что все зебры совершенно одинаковы. На самом деле рисунок из полосок у каждой зебры свой неповторимый. Человека можно распознать по отпечаткам пальцев: у каждого человека рисунок на подушечках пальцев индивидуален и неповторим. Так же неповторима форма уха. Зебру же можно распознать по полоскам: узор на теле каждой зебры индивидуален. Именно по узору детеныши зебры находят свою мать в стаде.
Круговая порука
Зебры перемещаются с пастбища на пастбище большими табунами. При этом каждая зебра выполняет определенные обязанности: есть зебры, которые смотрят в разные стороны, стараясь заметить приближающегося хищника, в то время как стадо кормится или отдыхает. В случае опасности они подают сигнал остальным. Табун собирается таким образом, чтобы детеныши, которые еще не окрепли, оказались в его середине. Каждый детеныш зебры не отходит от своей матери. Хищнику никогда не проникнуть в середину табуна. Но если зебра отбивается от стада, то она практически обречена стать добычей.
Кто такие зебры? Почему имеют такой замысловатый облик? Что означают эти необычайно красивые и привлекающие внимание полосы? Быть может, они служат маскировкой. Или же это результат каких-либо необратимых процессов?
Зебра – довольно интересное, экзотическое животное. Облик ее носит мифический характер, несмотря на то, что это самый типичный представитель из отряда непарнокопытных. Этот отряд также включает в себя осликов, ишаков, лошадей, которые не перестают радовать глаз человека. Обитают зебры в Африке. Поскольку рост таких животных измеряют в холке – от шеи до земли, можно смело сказать, что высота зебры составляет приблизительно 1,3 метра.
Семья. Виды зебр. Их отличительные черты
Зебры группируются и живут целыми семьями. Состав не слишком оригинален: как правило, один жеребец, пара-тройка кобыл-жен и жеребят-детишек. Формируясь в стадо до тысячи единиц, они могут пастись рядом с антилопами.
Различают три разновидности зебр, где каждая из них имеет свою уникальность. Полосатый рисунок отделяет один вид зебры от другого. Темные узкие полоски, белое брюхо имеет зебра, получившая название Грэви , а вот зебра, обитающая в горах, разукрашена в более толстые полосы – ее задние ноги пересекают три широкие полосы, которые берут свое начало от брюха и продвигаются назад, задевая задние ноги. Иногда между широкими полосами можно рассмотреть так называемые «теневые полоски», которые несколько тоньше и менее заметны.
Давным-давно выделялся еще один вид зебр – квагга . Название произошло от звуков, которые они издавали. Такие животные резко отличались от других, поскольку полосы имели лишь на голове, груди и шее, а спина была ровного коричневого окраса. Но варварская охота не пощадила их, и вскоре этот вид прекратил свое существование.
Зачем же зебре полосы
Приверженцы эволюции активно рассуждают на тему, для чего же у зебры эти полоски. Одни считают, что это своеобразная защита. Якобы эти удивительные полосы спасают зебру, вводя в заблуждение всякого, кто ведет охоту на них, льва, например. Этот хищник никогда не против полакомиться вкусным мясом зебры. Полосы же отвлекают его, в то время, как он раздумывает, кто перед ним и что предпринять, прыткая зебра уносит свои ноги. Окрас позволяет хорошо маскироваться.
Но факты – вещь противоречивая и существует информация, что полосы эти не способны никого отпугнуть.
Часть ученых считает, что полосы имеют способность привлечь внимание противоположного пола. Но и тут противоречие, ведь все зебры полосатые.
Некоторые натуралисты связывают полосы, как способ переносить беспощадную африканскую жару. Но почему тогда такая несправедливость и полосами наделены только зебры, а не все животные?
Также существует сказание о том, что зебры, во время массового передвижения, образуют одно сплошное пятно и просто не дают возможности льву-охотнику сконцентрировать свое внимание и атаковать. Но и тут лев поражает своей прытью. Факты говорят о том, что зебры, как бы это ни было обидно, — далеко не самая трудная добыча.
Существует также негативный момент, когда полосы мешают, подвергают опасности. Например, ночь, яркая луна. В степи зебра укрыться не сможет, где бы ни старалась найти убежище. Другие животные не испытывают такое неудобство. А лев никак не прекращает охотиться. Для него лунная ночь – самое благоприятное время для охоты на бедное животное.
Не всегда возможно дать точное объяснение, почему именно у этого животного есть полосы, а у другого – клыки и мощные лапы. Так устроена природа, любоваться которой не надоест никогда.