Бабочки

Географический полиморфизм
Разные популяции в различных частях своего ареала отличаются друг от друга определёнными признаками. Примером может служить окраска различных подвидов орнитоптеры приам (Ornithoptera priamus), обитающих на Молуккских и Соломоновых островах, на Новой Гвинее. Так самцы подвида poseidon имеют ярко-зелёную окраску крыльев, подвида demophaneus жёлто-зелёную окраску, подвида urvillianus — ярко-синюю окраску, а подвида miokensis обладают крыльями от синего до цвета морской волны[27].
Ещё более известным примером географического полиморфизма являются представители рода аполлонов (Parnassius), в том числе обыкновенный аполлон — расположение и размер пятен на крыльях которого сильно варьирует, образуя более 600 известных форм[35]. Аполлоны образуют локальные популяции, не имеющие между собой контактов, а из-за сильной стенотопности видов и слабой миграционной способности скрещивание между популяциями одного вида практически не происходит. Почти в каждом изолированном ареале рисунок на крыльях одного и того же вида аполлонов немного отличается[35].
[править]Альбинизм, меланизм, нигризм
Окраска иногда может изменяться и вследствие отсутствия пигментов — альбинизм, или же наоборот изменяться от более яркого пигмента, либо избытка тёмного — меланизм[27][36]. Появление альбинизма и меланизма гораздо чаще встречаются у представителей разноусых чешуекрылых.
Крылья и другие части тела могут быть равномерно побледневшими. Иногда бледнеют не все чешуйки, а среди них остаются небольшие группы с нормальной окраской, равномерно разбросанные по поверхности крыла. Такие экземпляры иногда встречаются среди разных видов Satyridae, Epinephete jurtitta и Epinephete tycoon[32]. У других особей побелевшие участки могут быть распределены по крылу несимметрично. Также встречается и такая форма альбинизма, когда побелевшими бывают лишь те участки крыла, которые у нормальных особей окрашены в один определённый цвет (например, рыжий фон крыльев у некоторых перламутровок), тогда как все другие части рисунка сохраняют свою обычную окраску[32]. Альбинизм у чешуекрылых неизменно бывает связан с недоразвитием самих чешуек, которые приобретают уродливую форму[32].
Избыточное окрашивание крыльев и тела чёрными пигментами наблюдается гораздо реже альбинизма. При меланизме обычный чёрный рисунок бабочки остаётся нормальным, но вместе с тем общий фон крыльев бывает более или менее потемневшим, иногда настолько, что вся бабочка кажется равномерно чёрной (различные виды белянок, Synchloe uaptidice)[32]. От настоящего меланизма следует отличать явления нигризма, когда чёрный рисунок на крыльях бывает изменён — чёрные полосы и пятна увеличиваются относительно своих размеров, расплываются или вытягиваются и сливаются между собой. Сюда принадлежат такие примеры, как самки капустниц, у которых два чёрных пятна соединяются перемычкой (ab. nigronotata), экземпляры голубянок, с круглыми пятнами на нижней стороне крыльев в форме восклицательного знака или слившиеся в продольные полоски и т. п.[32] Более резкие и эффектные примеры нигризма можно встретить среди перламутровок (Argynnis) и шашечниц. В крайних случаях, обычный рисунок бабочки бывает изменён настолько, что от рыжего фона крыльев остаётся только несколько пятен вдоль края крыла. Изменения в сторону нигризма возникают обычно под влиянием внешних условий — преимущественно температурных[32], поэтому данные изменения необходимо относить к числу аберраций.
[править]Половой диморфизм
Половой диморфизм у Orgyia recens. Крылатый самец и бескрылая самка.
Половой диморфизм — различия в внешнем виде, окраске и/или форме тела самца и самки — широко распространён и порой резко выражен среди различных чешуекрылых. Кроме отличий в строении усиков, самки многих чешуекрылых, как правило, крупнее самцов, с крупным брюшком; обладают менее яркой окраской, иногда полностью отличающейся от таковой у самцов. В большинстве случаев, такие отличия вызваны репродуктивной яйцекладущей функцией и меньшей подвижностью самок. Наиболее сильное проявление полового диморфизма — частичная или полная утрата крыльев самками (мешочницы, некоторые пяденицы и волнянки), а также ног и усиков. Такая бескрылость самок связана с климатическими условиями и типична для высокогорных и арктических видов, а также летающих ранней весной или поздней осенью. Например, самка волнянки Gynaephora selenophora из Памира и Тянь-Шаня с полностью редуцироваными крыльями почти лишена ног и обладает большим бочковидным брюшком для продукции яиц[37].
У бабочек из рода орнитоптеры (Ornithoptera) самцы меньше самок и имеют яркую окраску крыльев, самки же гораздо крупнее и окрашены в коричнево-чёрные тона. Самцы многих морфид (Morpho) обладают яркой синей окраской, в то время как самки — жёлто-коричневые.
Одним из проявлений полового диморфизма являются различия в окраске крыльев, видимые только в ультрафиолетовом излучении[28].
Пяденица берёзовая (Biston betularia carbonaria), меланистическая форма.
[править]Индустриальный меланизм
Основная статья: Индустриальный меланизм
Индустриальный меланизм — повышение частоты тёмноокрашенных форм, связанное с интенсивным развитием промышленности[38][39]. Около районов с крупными промышленными центрами в Европе (особенно Англии) и в Северной Америке описаны десятки видов, в популяциях которых обнаружены меланистические формы.
Наиболее известный пример данного явления — берёзовая пяденица (Biston betularia). До середины XIX века все собранные энтомологами экземпляры берёзовой пяденицы имели бело-сероватую окраску крыльев с тёмными пятнышками (morpha typica), что обеспечивало покровительственную окраску на стволах деревьев. Сейчас многие популяций полиморфны, в них присутствуют чёрные меланистические формы — Biston betularia morpha carbonaria[38]. Увеличение частоты меланистических форм — следствие направленного отбора, главным движущим фактором которого является избирательное поедание особей бабочек птицами[40]. В лесах вокруг промышленных конгломератов и городов стволы деревьев часто лишены лишайников и могут быть почерневшими от копоти. В таких районах покровительственной окраской является чёрная, а в незагрязнённых районах — светлая пятнистая окраска[38]. Также известна третья форма, имеющая промежуточную по темноте окраску между меланистической и светлой формами берёзовой пяденицы — morpha insularia. Данный тип окраски, как и меланистическая, доминирует над светлой, однако, видимо, детерминируется не одним, а несколькими локусами. На основании лабораторных опытов предполагалось, что аллели, контролирующие меланистическую окраску, обладают плейотропным действием, определяя не только окраску бабочки, но и её поведение (выбор фона)[39]. Однако это не было подтверждено наблюдениями в природе.
[править]Физиология
[править]Полёт
Основная статья: Полёт насекомых
Языкан обыкновенный (Macroglossum stellatarum), зависший в воздухе возле цветка.
Основной формой передвижения чешуекрылых является полёт, как активный (машущий), так и пассивный (парящий, планирование, пикирование)[26].
Действия крыльев бабочки при активном машущем полёте представляют собой последовательность определённых движений, образующих замкнутый цикл. Каждый цикл состоит из взмаха крыльями, находившимися в крайне верхнем положениях вниз, не ниже корпуса и возвратного взмаха крыльями вверх. При взмахе крыльями вниз бабочка, приобретает некоторый импульс движения вверх, отталкиваясь от воздуха.
Способностью к парящему полёту обладают представители семейств: данаиды, Nymphalidae, Papilionidae, Pieridae, Morphinae, Uraniidae. Мелкие виды из семейства нимфалиды для парения используют термические потоки, образующиеся у самой земли, более крупные виды парят гораздо выше, часто на уровне крон деревьев[26]. Ещё более приспособленными к парению являются представители семейства парусников, особенно парнассиусы, которые могут длительное время парить над горными склонами, корректируя траекторию полёта взмахами крыльев и меняя высоту[12][26].
Повышение устойчивости при парящем полёте достигается благодаря длинным хвостовидным выростам задних крыльев. Особенно большой длины подобные выросты достигают у бабочек семейства сатурнии — например, Actias artemis, Argema mittrei, Coscinocera hercules, Argema mimosae[26].
Все виды, способные к парению, также используют и планирование, к которому часто прибегают нимфалиды, парусники, данаиды и другие чешуекрылые[26]. Характерным признаком приспособления к последнему служит вытянутость вершин передних крыльев. Планирующий полет характерен также для чешуекрылых с большой площадью крыльев. Разогнавшись, они прекращают движения крыльями, и некоторое время планируют благодаря инерции[26]. Пикирование как разновидность пассивного полёта отмечается у обитающих в траве медведиц Callimorpha и совок из группы Leucanilis. Крылья бабочки при таком пикировании немного отведены назад, что помогает достичь высокой скорости[26].
Полёт представителей группы Heterocera заметно отличается от полёта булавоусых бабочек, в первую очередь это связано с углом дуги, описываемой крылом — у булавоусых бабочек он достигает 140—150°, а у разноусых бабочек — 80—90°[12].
Для полёта большинства видов оптимальной температурой тела являются показатели в пределах 30—35 °C[17]. Ночные виды перед полётом усиленно вибрируют крыльями, повышая таким образом температуру тела[17].
Наиболее совершенен полет у представителей семейства бражники — обладая быстрым маневренным полётом, они способны зависать в воздухе, летать вертикально вверх и вниз, а также назад, подобно колибри. Большинство бабочек могут развивать скорость 8—17 км/ч[12].
[править]Питание
Скопление парусников на влажной глине, из которой они получают микроэлементы вместе с влагой.
Большинство видов, будучи антофилами, питается цветочным нектаром. Многие чешуекрылые также питаются соком деревьев, гниющими и перезревшими фруктами. Бражник мёртвая голова охотно поедает мёд из гнёзд и ульев пчёл. Первичные зубатые моли питаются пыльцой.
Виды с редуцированными ротовыми органами не питаются и живут исключительно за счёт запасов питательных веществ, накопленных в стадии гусеницы.
Ряду видов из семейств нимфалиды, парусники и других, для жизнедеятельности необходимы микроэлементы, в первую очередь натрий[12]. Они охотно летят на влажную минеральную глину, на экскременты и мочу крупных животных, влажный древесный уголь, человеческий пот — откуда получают влагу и необходимые микроэлементы. Часто самцы данных видов собираются группами на влажном песке и глинистых почвах, по берегам ручьёв, возле луж[12][17][27].
Присутствуют среди бабочек, как исключение, и хищники[19] — совки рода Calyptra — например, Calyptra eustrigata, обитающая на территории от Индии до Малайзии; и Calyptra thalictri, Calyptra lata. Самцы питаются слёзной жидкостью и кровью крупных животных, прокалывая их покровы острым хоботком[19]. Самки же питаются соком плодов и растений[27].
[править]Генетика
[править]Определение пола
Основная статья: Определение пола
Вероятно, исходным для бабочек механизмом определения пола был механизм Z0 самка/ZZ самец[41]. Затем, путём хромосомных перестроек, возникла система определения пола WZ самка/ZZ самец, характерная для 98 % видов бабочек. У видов с системой Z0/ZZ определение пола зависит от соотношения числа пар половых хромосом и аутосом, но у тутового шелкопряда (система WZ/ZZ) обнаружен отвечающий за развитие женского пола ген Fem в W-хромосоме.
[править]Гинандроморфизм
Во время развития бабочки возможны генетические изменения, приводящие к появлению гинандроморфных бабочек — полусамцов-полусамок, у которых одна сторона тела полностью мужская, а другая — женская (так называемые билатеральные гинандроморфы). Иногда аномальными становятся лишь небольшие участки тела бабочки, тогда говорят о мозаичном гинадроморфизме. Так, в различных участках крыла у самца могут появиться участки окраски самки и наоборот. Как правило, такие особи нежизнеспособны, но при сохранении функциональности внутренних органов имаго являются жизнеспособными. У чешуекрылых основой для появления гинандроморфа обычно является образование двуядерных ооцитов, у которых одно из ядер образуется, например, из ядра полярного тельца. Если одно из этих ядер содержит Z-хромосому, а другое — W-хромосому, то при оплодотворении двумя спермиями при делении этих ядер могут возникнуть клетки-потомки мужской и женской половин тела. Второй возможной причиной является утрата ядром зародыша одной из Z-хромосом на первых стадиях дробления (обычно при первом делении зиготы)[27][36]. При развитии зародыша из потомков данного ядра произойдёт развитие клеток женской половины тела, этот вариант описан у пядениц рода Abraxas[42].
Частота появления гинандроморфов составляет примерно один случай на 90 000[27]. За свою редкость они высоко ценятся коллекционерами.
[править]Интерсексуальность
Обычно развитие клеток насекомых генетически автономно, и половые гормоны не влияют на вторичные половые признаки. Поэтому для бабочек характерна генетически обусловленная интерсексуальность, возникающая в результате отклонения от нормы соотношения числа половых хромосом и аутосом (триплоидная интерсексуальность) или нарушения баланса генов (диплоидная интерсексуальность)[41]. Диплоидная интерсексуальность была описана Р. Гольдшмидтом у непарного шелкопряда (Lymantria dispar) при скрещивании разных географических рас, хотя в дальнейшем его данные ставились под сомнение[43].
Обычно бактерия Wolbachia вызывает у бабочек цитоплазматическую несовместимость или смену пола (превращение генетических самцов в функциональных самок), в определённых условиях у белянки Eurema hecabe и огнёвки Ostrinia scapulalis её воздействие может приводить к появлению истинных интерсексов[44][45].
У Morpho aega известны случаи появления форм самок с синей окраской крыльев, характерной для самцов данного вида. Синяя окраска у таких самок обусловлена тем, что форма чешуек на их крыльях такая же, как у самцов; возможно, эти самки являются интерсексами[27].
[править]Межвидовое скрещивание
Межвидовое скрещивание — скрещивание особей различных видов. У чешуекрылых известны случаи межвидового скрещивания у близкородственных видов парусников, сатурний, нимфалид. Как правило, межвидовые гибриды не способны к размножению[28].
[править]Генетика окраски
В последние годы большое внимание генетиков привлекает изучение генов, отвечающих за крыловой рисунок чешуекрылых[46].
[править]Размножение
Спаривающаяся пара двух цветовых вариаций тополёвых бражников (Laothoe populi).
В биологии размножения бабочек важную роль играют расцветка и форма крыльев (привлечение партнёров), а также сложные формы ухаживания (брачные полёты и танцы). Некоторые виды характеризуются половым диморфизмом, который играет важную роль в нормальном течении полового цикла, так как внешние различия облегчают опознание и нахождение брачного партнёра своего вида[47]. Отыскиванию партнёрами друг друга способствуют и феромоны, вырабатываемые самцами булавоусых бабочек и самками ночных видов. Многие самцы булавоусых бабочек имеют пахучие чешуйки — андроконии, которые расположены на крыльях, реже — на лапках[12]. У белянок андроконии расположены почти по всей поверхности крыльев[32]. У других видов они сосредоточены на определённых участках тела, и часто образовывают на крыльях особые бархатистые пятна или полоски[32].
Органы, выделяющие феромоны, у самок находятся на заднем конце брюшка между 8 и 9 сегментами, и у ряда видов могут выдвигаться наружу. Самцы сатурний могут отыскать самку по феромонам на расстоянии нескольких километров[12][48].
У чешуекрылых могут отмечаться сложные формы ухаживания — брачные полёты и танцы. Некоторые, например, хвостатки устраивают брачные полёты — самцы летят под самкой, а затем разворачиваются в другую сторону, касаясь крыльями усиков самки; у лимонницы — самка летит впереди, а самец следует за ней, сохраняя постоянную дистанцию[17]. У других видов самка может сидеть на растении, а самец совершает «танцующий» полёт прямо над ней, выделяя феромоны, стимулирующие её к спариванию[17].
Спаривание происходит на земле или растении и длится от 20 минут до нескольких часов; всё это время спаривающиеся особи сохраняют неподвижность. Во время спаривания самка получает от самца не только сперматозоиды, но и ряд некоторых белков и микроэлементов, необходимых для формирования и откладывания яиц[17].
Самки парусников после спаривания несут на себе жёсткий хитиновый придаток на нижней стороне брюшка — сфрагис (лат. sphragis — печать, пломба), образуемый самцом в ходе спаривания. Чаще всего сфрагисы встречаются у парнассиусов, а также родственных видов. Предназначение сфрагиса — исключение повторного оплодотворения самки другими самцами.
Партеногенез встречается у бабочек крайне редко, наблюдается у мешочниц (Psychidae), молей рода Solenobia, в виде исключения — у некоторых шелкопрядов (тутовый шелкопряд)[28].
Геликонида харитония (Heliconius charithonia) отличается особенностями процесса размножения. За несколько часов до вылупления из куколки, самки выделяют феромоны, привлекающие самцов, которые соперничают за право спариваться с самкой. Обычно в таком соперничестве побеждает наиболее крупный самец, который с началом выхода самки из куколки сразу же начинает спариваться с ней. Данное явление в англоязычной литературе получило название «изнасилование куколки» (англ. pupal rape)[49].
Многие виды, распространённые в субтропических и тропических климатических зонах могут давать в год два — три и более поколений. Например, у Papilio demoleus может развиваться до 8 поколений за год.
[править]Жизненный цикл
Бабочки относятся к насекомым с полным превращением, или голометаморфозом. Их жизненный цикл включает четыре фазы:
яйцо,
личинка (гусеница),
куколка,
взрослое насекомое (имаго).
[править]Яйцо
Яйца бабочек покрыты плотной твёрдой оболочкой и могут быть разнообразной формы. В зависимости от рода и вида яйца могут быть круглыми, цилиндрическими, шаровидными, яйцеобразными, угловатыми. Их внешняя поверхность может быть рельефной, образовывая углубления, точки, полоски, бугорки, расположенных, как правило, в симметричном порядке. Окраска чаще всего белая и зеленоватых оттенков, реже — бурая, жёлтая, красная, голубая, тёмно-зелёная, иногда с цветным рисунком[28]. Самки откладывают яйца на листья, стебли или ветки кормовых растений. Их число в кладке зависит от вида и может быть больше 1000[25][28], однако до взрослой стадии выживают немногие. В зависимости от вида, яйца могут откладываться поодиночке или группами по 10 и более[25]. Самки могут покрывать яйца волосками из густого пучка на конце брюшка. Также отложенные яйца могут покрываться выделениями придаточных половых желёз, которые, застывая, образуют защитный щиток (яблонная моль).
Самки эпикопеи (Epicopeia mencia) отличаются удивительной привязанностью к однажды выбранным для откладывания яиц местам, которые остаются неизменными на протяжении многих лет и, как правило, представлены одними и теми же деревьями ильма. Такая избирательность приводит к тому, что основная масса мест откладывания яиц концентрируется на немногих, пользующихся особой привлекательностью для бабочек, кормовых деревьях[50].
Средняя продолжительность стадии яйца 8—15 дней[28]. У многих видов умеренного пояса отложенные осенью яйца зимой находятся в состоянии диапаузы[28].