Взаимовыручка слепых многоножек

Доказательство мюллеровской мимикрии на примере слепых ядовитых многоножек Аппалач

Слепые многоножки, обитающие в горной системе Аппалач, при защите от хищников полагаются на ядовитые железы, в избытке вырабатывающие синильную кислоту. Оказывается, делают они это не в одиночку — обитающие рядом виды подражают друг другу, приобретая одинаковую окраску, что ускоряет обучение хищников.

Мимикрия

выражение, введённое в зоологию Бейтсом для обозначения чрезвычайного внешнего сходства между различными видами животных, принадлежащих к различным родам и даже семействам и отрядам; однако этим же именем обозначают все резко выраженные случаи подражательной окраски и сходства животных и с неодушевленными предметами.

Мимикрия цвета Самое широко распространенное явление представляет общее соответствие, гармония в окраске животного с местом его обитания. Среди арктических животных весьма часто наблюдается белая окраска тела, у одних — в течение круглого года: белый медведь, полярная сова, гренландский сокол; у других, живущих в местностях, на лето освобождающихся от снега, бурая окраска сменяется на белую только к зиме: песец, горностай, заяц-беляк. То же самое явление и в самых широких размерах представляет морская фауна: рыбы, раки и другие организмы, живущие на дне, благодаря своему цвету и неровностям поверхности тела бывают крайне трудно отличаемы от дна, на котором живут; сходство это ещё усиливается в некоторых случаях способностью изменять свой цвет в зависимости от цвета дна, которой обладают, например, головоногие моллюски, некоторые рыбы и ракообразные.

Мимикрия формы Известны случаи, когда животные приобретают необыкновенное сходство не только по окраске, но и по форме с отдельными предметами, среди которых живут, что и называют подражанием. Гусеницы бабочек-пядениц Geometridae живут на ветвях растений, с которыми сходны по цвету, и имеют привычку, прикрепившись задними ногами, вытягивать и держать неподвижно на воздухе свое тело. Другие гусеницы имеют сходство с экскрементами птиц, с опавшими сережками берез и т. п. Бабочки из рода Kallima на Зондских островах, ярко окрашенные на верхней стороне крыльев, когда садятся на ветку и складывают крылья, принимают вид увядшего листа: короткими выростами задних крыльев бабочка упирается в ветку, и они представляют сходство с черешком.

Хищник и жертва В других случаях маскирующее сходство служит, напротив, хищникам средством для подкарауливания и даже привлечения добычи, например у многих пауков. Различные насекомые из группы богомолов Mantidae в Индии подражают цветкам, чем и привлекают насекомых.

Существуют ярко окрашенные насекомые, которые по разным причинам (например, потому что снабжены жалом или благодаря способности выделять ядовитые или отталкивающего запаха и вкуса вещества) сравнительно защищены от нападения врагов; и рядом с ними существуют иногда другие виды насекомых, лишенные защитительных приспособлений, но по своему внешнему виду и окраске представляющие обманчивое сходство со своими хорошо защищенными собратьями.

В тропической Америке чрезвычайно распространены бабочки из семейства Heliconidae. У них большие, нежные, ярко окрашенные крылья, причем цвет их один и тот же на обеих сторонах — верхней и нижней; полет у них слабый и медленный, они никогда не скрываются, а садятся всегда открыто на верхнюю сторону листьев или цветов; они легко могут быть отличены от других бабочек и издалека бросаются в глаза. Все они обладают жидкостями, издающими сильный запах; по наблюдениям многих авторов, птицы не едят их и не трогают; запах и вкус служат им защитой, а яркая окраска имеет предупреждающее значение; этим объясняется их многочисленность, медленный полет и привычка никогда не скрываться.

В тех же местностях летают некоторые другие виды бабочек из родов Leptalis и Euterpe, по строению головы, ножек и жилкованию крыльев принадлежащие даже к другому семейству, Pieridae; но по общей форме и окраске крыльев они представляют столь точную копию с геликонид, что в любительских коллекциях обыкновенно смешиваются и принимаются за один вид с ними. Бабочки эти не обладают неприятными жидкостями и запахом геликонид и, следовательно, не защищены от насекомоядных птиц; но обладая внешним сходством с геликонидами и летая с ними вместе, также медленно и открыто, они благодаря этому сходству избегают нападения. По числу их гораздо меньше; на несколько десятков и даже сотен геликонид приходится одна лепталида; затерянные в толпе хорошо защищенных геликонид, беззащитные лепталиды, благодаря своему внешнему сходству с ними, спасаются от своих врагов.

Коллективная мимикрия При коллективной мимикрии большая группа небольших по размерам организмов сбивается в плотное скопление, чтобы создать образ крупного животного

Растения Аналогичные явления известны и между растениями: так, глухая крапива Lamium album из губоцветных по своим листьям чрезвычайно напоминает жгучую крапиву Urtica dioica, а так как крапива защищена своими жгучими волосками от травоядных животных, то это сходство может служить защитой и глухой крапиве.

Если бы ученые делали выводы о принадлежности организма к тому или другому виду исключительно по характерным внешним признакам, то количество видов животных, в особенности членистоногих, было бы гораздо меньше. В первую очередь это связано с феноменом мимикрии, когда один вид подражает другому с целью защиты от хищников. Эта симуляция возможна в двух формах – мюллеровская мимикрия, когда каждый вид кроме специфичной окраски обладает ещё и ядом; и бейтсовская мимикрия, когда подражающий вид «халтурит», воспроизводя только внешний вид в надежде, что хищник примет его за ядовитого собрата.

Наиболее наглядный пример мимикрии, описанной Фрицем Мюллером в конце позапрошлого века, – жалящие насекомые: разнообразные осы и пчёлы. И те и другие обладают характерными желто-черными полосками, но главное – жалом, играющим ключевую роль в процессе обучения. Поскольку остающиеся после встречи с разными видами неприятные воспоминания не отличаются друг от друга, воспитание птиц в целом идёт быстрее.

Изучение мюллеровской мимикрии осложняется тем, что очень трудно отделить движущие силы собственно мимикрии от разнообразных факторов вроде привлекательности для противоположного пола или подражания окружающей среде. Пол Марек и Джейсон Бонд из Университета Восточной Каролины нашли сверхуникальную модель, наглядно демонстрирующую все характерные черты упомянутого феномена:

слепые ядовитые двупарноногие многоножки из Аппалач объединили свои воспитательные усилия в борьбе с пернатыми хищниками.

Синильная кислота (цианистый водород, нитрил муравьиной кислоты) HCN

бесцветная легкоподвижная жидкость с запахом горького миндаля. Молекула HCN сильно полярна. Циановодород состоит из молекул двух видов, находящихся в таутомерном равновесии (превращение циановодорода в изоциановодород).

Синильная кислота содержится в некоторых растениях, коксовом газе, табачном дыме, выделяется при термическом разложении нейлона, полиуретанов. Очень сильный яд общетоксического действия, блокирует клеточную цитохромоксидазу, в результате чего возникает выраженная тканевая гипоксия. Смертельная доза (LD50) синильной кислоты — 50 мг, подкожно — 1 мг/кг.

При вдыхании небольших концентраций синильной кислоты наблюдается царапанье в горле, горький вкус во рту, головная боль, тошнота, рвота, боли за грудиной. При нарастании интоксикации уменьшается частота пульса, усиливается одышка, развиваются судороги, наступает потеря сознания. При этом цианоз отсутствует (содержание кислорода в крови достаточное, нарушена его утилизация в тканях). При вдыхании высоких концентраций синильной кислоты или при попадании её внутрь появляются клонико-тонические судороги и почти мгновенная потеря сознания вследствие паралича дыхательного центра. Смерть может наступить в течение нескольких минут.

Впервые в роли боевого отравляющего вещества синильная кислота была использована французской армией 1 июля 1916 года. Однако ввиду быстрого уноса газообразной синильной кислоты ветром с поля боя последующее использование синильной кислоты в этой роли прекратилось.

Для лечения отравлений синильной кислотой известно несколько антидотов, которые могут быть разделены на две группы. Лечебное действие одной группы антидотов основано на их взаимодействии с синильной кислотой с образованием нетоксичных продуктов. К таким препаратам относятся, например, коллоидная сера и различные политионаты, переводящие синильную кислоту в малотоксичную роданистоводородную кислоту, а также альдегиды и кетоны (глюкоза, диоксиацетон и др.), которые химически связывают синильную кислоту с образованием циангидринов. К другой группе антидотов относятся препараты, вызывающие образование в крови метгемоглобина: синильная кислота связывается метгемоглобином и не доходит до цитохромоксидазы. В качестве метгемоглобинообразователей применяют метиленовую синь, а также соли и эфиры азотистой кислоты.

Сравнительная оценка антидотных средств: метиленовая синь предохраняет от двух смертельных доз, тиосульфат натрия и тетратиосульфат натрия — от трех доз, азотистокислый натрий и этилнитрит — от четырех доз, метиленовая синь совместно с тетратиосульфатом — от шести доз, амилнитрит совместно с тиосульфатом — от десяти доз, азотистокислый натрий совместно с тиосульфатом — от двадцати смертельных доз синильной кислоты.

Так, малочисленные виды научились подражать более многочисленным, воспроизводя окраску, характерную на той или иной территории для доминирующих Apheloria. Тем самым «уравниваются» впечатления хищников от встречи с тем или иным видом, и выигрывают все, кроме птиц.

При этом «кнут» есть и у многоножек из семейства Apheloria, и у более редких Brachoria — это пара ядовитых желез: сначала они образуют стабильный предшественник цианида водорода манделонитрил, а потом быстро превращают накопленное сырье в конечный ядовитый продукт, выделяющийся из отверстий-озопор по бокам тела.

Цианида у одной гусеницы достаточно, чтобы убить 18 птичек размером с голубя, не говоря уже о более мелких животных вроде тех же муравьев.

Неудивительно, что хищники давно не считают эту добычу легкой, а вот для ученых это стало отличным способом проследить эволюцию мюллеровской мимикрии в чистом виде. Во-первых, ядовитые многоножки чрезвычайно разнообразны в этом регионе – на участке в 50 м² можно собрать до 43 особей, представляющих 5 видов. Во-вторых, даже в пределах одного вида, обитающего на большой территории, окраска многоножек чрезвычайно разнообразна. В-третьих, их цвета никак не связаны с рационом. И, наконец, они все слепые – так что окраска не играет никакой роли в привлечении партнера.

Именно по этим причинам выводы, сделанные в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences, выглядят гораздо убедительнее традиционного анализа амазонских бабочек или социальных насекомых вроде ос.

Марек и Бонд наглядно продемонстрировали, что разные виды, обитающие на одной территории, могут быть больше похожи друг на друга, чем представители одного и того же вида, живущие далеко друг от друга.

В некоторых же уголках Аппалач им удалось найти хотя и отличающихся, но «стремящихся» к мимикрии многоножек, что авторы рассматривают как наглядный пример эволюции по принципу мюллеровской мимикрии.

Удалось подтвердить и 4 ключевых принципа этого биологического феномена: виды используют один и тот же предупреждающий сигнал, который не связан с филогенетической близостью видов, редкие виды стремятся подражать более распространенным или более защищенным, и, наконец, мимикрия — функция, зависящая от географической удаленности видов друг от друга.