Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Узор на крыльях бабочек обычно составляется из нескольких основных элементов; у некоторых бабочек, таких как Stichophthalma camadeva, этих элементов много, а у других лишь несколько (рис. 8.3). Анализ узора на крыльях тысяч современных бабочек показывает, что разнообразие выражается главным образом в потере определенных элементов или в их модификации и перестановке. Рисунок, который кажется особенно беспорядочным, объясняется смещением и несовпадением полос между соседними сегментами крыла.

Рис. 8.3. Вариации основного набора элементов узора. У представленных на рисунке трех видов бабочек — Stichophthalma camadeva (A), Fauris menado (В) и Taenaris macrops (С) — разное количество базовых элементов: от почти полного набора до единичных элементов. Фотография предоставлена Фредом Нийхутом.

Самое важное наблюдение заключается в том, что каждая отдельная полоса или пятно в ходе эволюции могут менять форму, цвет или размер независимо от остальных элементов узора. Это означает, что развитие отдельных элементов не связано с развитием остальных.

Что придумали бабочки?

Изумительная красота и разнообразие крыльев бабочек являются результатом как минимум трех изобретений, появившихся после отделения этой филогенетической ветви от других насекомых. Изобретения эти такие: чешуйчатые крылья, цвет и геометрическая система разметки узора крыла.

Чешуйки — основные структурные единицы крыльев бабочек и мотыльков. Название отряда Lepidoptera (чешуекрылые), к которым принадлежат эти насекомые, происходит от греческих слов λεπίς (чешуйка) и πτερόν (крыло). Чешуйки были изобретены раньше окраски и, вероятно, уже тогда были очень полезны. Если вы когда-нибудь держали в руке мотылька, вы видели на пальцах следы "пыли" — это и есть чешуйки. Легкое отделение чешуек помогает этим животным с крупными крыльями высвобождаться из таких липких ловушек, как паутина.

Крылья бабочек и мотыльков целиком покрыты чешуйками, каждая из которых является выростом отдельной клетки (рис. 8.4). Долгое время энтомологи считали, что чешуйки появились в результате эволюции сенсорных щетинок, превратившихся из тонких и длинных в плоские и широкие и потерявших свою сенсорную функцию. Эво-дево подтвердила эту гипотезу. Сотрудник нашей лаборатории Рон Гэлант обнаружил, что в развитии чешуйки участвует один из генов развития, необходимых для образования щетинок у дрозофилы, что подтверждает, что чешуйки — это модифицированные щетинки.

Рис. 8.4. Чешуйки на крыльях бабочек. Фотография Стива Пэддока.

Не многие насекомые могут соперничать с бабочками по разнообразию окраски. Каждая чешуйка имеет особый цвет, что можно увидеть при большом увеличении, причем цвет отдельной чешуйки может быть совсем иным, чем у ее соседей (цветная вкладка 8a). Ощущение смешанных или промежуточных цветов — это зрительный эффект, создающийся за счет пространственного расположения чешуек разных цветов. Окраска крыльев обеспечивается как химическими веществами — пигментами, так и особенностями микроструктуры чешуек. Переливы синего и зеленого цветов, а также белые мучнистые пятна образуются в результате поглощения, отражения и рассеяния света чешуйками. Разные цвета являются результатом тончайших различий в микроструктуре чешуек, а также совместного эффекта структуры чешуек и химических пигментов.

Геометрический узор на крыльях создается в процессе развития при помощи специфических механизмов. Лучше всего нам известен механизм возникновения одного элемента рисунка — пятна-глазка. Такие пятна образованы концентрическими рядами чешуек разного цвета (вкладка 8b). Многие исследователи занимались изучением роли этих глазков в защите бабочек от хищников. Считается, что эти глазки переключают внимание нападающих хищников (обычно птиц или ящериц) на внешнюю часть крыла — подальше от уязвимой центральной части тела. Бабочки могут летать даже при потере значительного фрагмента крыла (рис. 8.5), но удар по туловищу может оказаться смертельным. Пятна-глазки привлекают внимание хищника, поскольку заметно выделяются на основном фоне крыла, а их сходство с глазом, вероятно, заставляет хищника инстинктивно наносить удар именно в это место.