Камо грядеши, або чому нічні метелики летять на світло

Поведінка комах різноманітна, що пов’язано зі складністю організації цих тварин. Комахи, якщо не враховувати головоногих м’якунів, мають добре розвинений мозок, здатний опрацьовувати величезний потік інформації від органів чуття. Цей орган приймає миттєві рішення й керує складним польотом і неймовірним маневруванням. Наприклад, упіймати муху рукою дуже складно, а велику бабку — зовсім ніяк. Однак у поведінці комах простежується стереотиповість — вони всі мають однаковий набір вроджених поведінкових інстинктів, які є надзвичайно передбачуваними.

Знаючи ці інстинкти, можна легко передбачити, як діятиме комаха, чим і користуються ентомологи — науковці, які досліджують комах. Розгляньмо ці поведінкові інстинкти.

Для цього нам знадобляться ентомологічний сачок (можна пошити самому, а можна придбати в інтернет-магазині), вулична лампа або потужний діодовий ліхтарик, пластикові тарілки білого, жовтого, червоного, зеленого та чорного кольорів (якщо якогось кольору немає, то тарілку слід заздалегідь пофарбувати аерозольною емаллю з балончика), рідина для миття посуду або рідке мило, польовий щоденник. Усі спостереження здійснюй в природному середовищі. Ретельно записуй результати спостережень та експериментів до лабораторного журналу та знімай відео.

У цьому експерименті ми досліджуватимемо геотаксис — відчуття гравітації в комах. Віднайди в садку чи сквері жука-сонечка. Найчастіше на них можна натрапити коло кущів чи трав’янистих рослин, де є колонії попелиць — жертв жуків-сонечок та їхніх личинок. Акуратно візьми жука пальцями й поклади на другу руку. Зауваж, що жук-сонечко залишив на пальцях рідкі жовті плями неприємного запаху — це гемолімфа, яка може викликати подразнення слизових оболонок рота та очей, тому обов’язково помий руки після експерименту.

Спершу сонечко прикидається мертвим, однак за хвилину-другу заспокоюється й починає активно бігати. Поверни долоню пальцями вгору. Куди побіг жук-сонечко, догори чи вниз? Коли комаха буде на кінці пальця, поверни долоню пальцями вниз. Куди тепер побіг жук? Повтори цей простенький експеримент декілька разів. Який напрямок обирав жук кожного разу? В останньому циклі експерименту дозволь жуку-сонечку вибігти на кінець пальця та поспостерігай, що відбудеться далі. Продовжимо експеримент з іншими комахами. Візьми ентомологічний сачок і десятьма різкими помахами по високій траві «накоси» комах. Постав сачок на рівне місце без трави отвором донизу, а пальцями підійми мішечок сачка вертикально. Куди полізли комахи? Результати експериментів запиши до лабораторного журналу та зніми відеоролик.

Геотаксис є однією з надзвичайно важливих вроджених поведінкових реакцій у комах. Це пояснюється тим, що комахи здатні до польоту, а ті, що не можуть — втратили її вторинно (мали здатного літати предка). У польоті надзвичайно важливо розуміти, де верх, а де низ, тому в комах загострене відчуття центру гравітації. Однак у них, на відміну від хребетних, немає єдиного органу відчуття гравітації — вестибулярного апарата. Їхні органи відчуття гравітації та положення тіла в просторі розрізнені й розміщені в різних частинах тіла комахи. До вестибулярної системи комах належать потиличний орган, дзвоникові сенсили та підколінні органи. Потиличний орган розміщується ззаду голови, у місці її з’єднання зі спинкою, і складається з хітинової платівки та пучка волосків. Цей орган дозволяє комасі «розуміти» положення її голови стосовно решти тіла — опущена вона чи піднята. Саме так комахи визначають, де верх, а де низ. Дзвоникові сенсили здатні до розтягування та стискання, реагуючи на дію гравітації. Також вони виконують роль рецепторів доторку й розкидані на всьому тілі комахи. Підколінні органи розташовуються під коліном кожної ноги комахи, а їх основна функція — сприйняття звуку. Вони є аналогом людського вуха, але розташовані на ногах (їх б штук). Попри те, що підколінні органи відповідають за слух, вони ще й виконують роль рецепторів напруження, а також контролю відстані від сусіднього такого ж органу й швидкість зміни положення кожного з них. А в еволюційно давніх комах є ще один орган відчуття гравітації — церки. Це довгі вирости на кінці черевця у цвіркунів, тарганів, богомолів, веснянок, одноденок та деяких інших груп комах. Церки визначають швидкість вітру й запахи (як антени), крім того, мають волоски, що відхиляються під дією сили тяжіння й сигналізують комасі про її положення в просторі.

Будова і принцип роботи потиличного органа (ліворуч) і дзвоникової сенсили (праворуч)1

1 Зображення адаптовано з Invertebrate solutions for sensing gravity. John A. Bender and Mark A. Frye. Current Biology. 2009. Vol. 19, № 5. P. 186-190.

Увечері, коли вже зовсім потемніє, увімкни вуличну лампу. Якщо її немає, то можна використати потужний діодовий ліхтар, який варто увімкнути в саду. Зробити це краще подалі від людських осель та інших джерел штучного освітлення. Дуже важливо й те, щоб на небі в цей час не було місяця, бо він також є джерелом світла. Для посилення ефекту слід розмістити білий екран, яким може виступати, наприклад, звичайне простирадло. Упродовж години на світло злетяться найрізноманітніші комахи: нічні метелики, жуки, їздці, золотоочки, комарі та багато інших. Вони заніміло сидітимуть на екрані біля джерела світла, лише іноді перелізаючи з місця на місце. Це гарна нагода для того, щоб добре розгледіти їх. Зверни увагу на забарвлення тварин, чи дуже воно відрізняється від денних комах. Чим це можна пояснити? Чому комахи летять на світло? Чому на світло в пізню пору прилітають лише нічні комахи, а денні, яких на цьому ж місці було безліч удень, не прилітають або трапляються поодиноко? Ці та інші свої міркування запиши до польового щоденника, а також зроби короткий відеоролик про реакцію комах на світло.

Світлова «пастка» з численними «спійманими» комахами

Цей експеримент демонструє явище фототаксису — руху в бік чи від джерела світла. Усі комахи, окрім печерних і деяких ґрунтових видів, мають очі й дуже добре розвинений зір. Очі в комах представлені простими вічками та складними фасетковими очами. Простих вічок може бути декілька, вони розташовані на тім’ї та потилиці голови. Вічка виконують роль визначення джерела світла та його інтенсивності й притаманні далеко не всім комахам. Типово вони є в багатьох двокрилих, перетинчастокрилих, лускокрилих, бабок, тарганів, прямокрилих. Уважається, що прості вічка функціонально збережені лише в тих груп комах, що здатні до швидкого і маневрового польоту. Однак зір у комах забезпечується складними фасетковими очима, складеними з декількох десятків чи тисяч оматидіїв — видозмінених простих вічок. Кожний такий оматидій дає окреме зображення якоїсь частини простору, а мозок комахи складає всі зображення в єдине. Існує багато спекуляцій щодо того, що комахи бачать світ у вигляді мозаїки. Проте це не так. Як і ми бачимо навколишній світ у єдиною картиною, а не двома — від кожного ока окремо, точнісінько так само комахи бачать цілісний, а не мозаїчний світ. Причому зір у більшості комах дуже гострий: вони розрізняють не лише форму, рух і колір, але й глибину — відстань між різними об’єктами. Цікаво, що дуже багато комах реагують лише на рух на загальному фоні, тоді як інші комахи — на кольорові вкраплення квітів у загальному фоні. Дуже багато комах просто не бачать об’єкти чорного або червоного кольорів.

Голова бджоли зі складними фасетковими очима, що складаються з оматидіїв (на макрофото), та трьома простими очима (по центру голови на тім’ї)

Чому ж комахи, особливо нічні, летять на світло? Це питання не пояснюється лише здатністю бачити. Дуже подібна поведінка й у мухи, яка в кімнаті б’ється до віконного скла в сонячний день — вона також летить на світло. Існує декілька різних за своїми тлумаченнями гіпотез цього явища. Найбільш розповсюдженою та логічною є гіпотеза про джерела природного світла: Сонця, Місяця та зірок. Прикладом такого орієнтування є жуки-світляки: їх самиці, переважно безкрилі, блимають світлом черевця, сигналізуючи таким чином крилатим самцям про своє місцезнаходження.

Так само нічні метелики летять на світло Місяця або зірок, підіймаючись високо над землею, де ймовірність зустріти партнера є значно вищою. Але в природі досягти Місяця метеликам, певна річ, не вдається — вони летять таким чином, щоб світило постійно залишалося з одного боку. А от за штучного освітлення комахи легко досягають лампи, кружляючи довкола. Тобто інстинкт підказує, що джерело світла повинне завжди знаходитись з одного боку, наприклад, правого, тому рух і зациклюється в правий бік. Сучасне світлове забруднення стало однією з причин скорочення чисельності комах, які є і запилювачами, і хижаками, і паразитами шкідників, і їжею для інших тварин.

Світіння жуків-світляків

У цьому експерименті ми з’ясовуватимемо, як комахи розрізняють кольори. Розклади на відстані 1 м по одній пластиковій тарілці білого, жовтого, червоного, зеленого та чорного кольорів. Експеримент слід проводити в саду, парку чи на узліссі. Місце проведення повинне бути добре освітлене сонцем, а тарілки знаходитись вище за трав’яний покрив. Також слід обрати безвітряний день. Наповни посуд водою і додай по одній краплині рідини для миття посуду або рідкого мила. Це треба для того, щоб зруйнувати поверхневий натяг води, інакше комахи відбиватимуться від поверхні води і експеримент не вдасться. Тарілки повинні стояти впродовж дня, у надвечір’ї слід перевірити їхній вміст. Слід зауважити, що чистоті експерименту можуть завадити птахи, які можуть виловлювати комах із тарілок, тому завжди слід знаходитись поруч. Полічи, скільки комах опинилося в кожній з посудин та запиши ці відомості до польового щоденника.

У якій опинилося більше комах? Як гадаєш, чому? Свої міркування також запиши в польовий щоденник та змонтуй короткий ролик для публікації в інтернеті.

Комахи, що злетілися на вуличний ліхтар

Кольоровий зір дозволяє розрізняти різні кольори видимого світла, які відбиваються від різних предметів. Коли якийсь предмет відбиває всі світлові хвилі видимого світла, то око сприймає його білим; якщо поглинає всі — чорним; якщо відбиває лише у зеленій частині спектру — зеленим; у червоній — червоним тощо. Однак для сприйняття певної світлової хвилі рецепторам ока необхідні спеціальні білки — опсини, які змінюють свою форму під дією світла, посилаючи електричні сигнали до мозку. Чим більше таких білків у сітківці, тим більше кольорів воно може сприймати. Наприклад, у людському оці, як і в інших мавп, наявні три різні білки-опсини, здатні сприймати найкраще синю, жовту та червону ділянку спектра. Такий зір називається трихромовим. Комбінація цих трьох кольорів дає усю палітру відтінків, яку ми бачимо.

У комах зір переважно також є трихромовим, однак вони сприймають зовсім інші світлові хвилі: ультрафіолетове світло, світло-блакитні і жовто-зелені (зміщений більше в бік жовтого) кольори. Це означає, що багато комах просто не бачать червоного. Це логічно, адже комахи з’явились одночасно з наземними рослинами, коли ще не було ані квітів, ані соковитих плодів. У комах та рослин протікала спільна еволюція тісної взаємодії: комахам важливо було бачити зелені листки, які були і їжею, і захистом для них. Зеленого кольору листкам надає пігмент хлорофіл, який відбиває світлові хвилі в зеленому спектрі, а поглинає в синьому та червоному.

Симуляція бачення квітки людьми (ліворуч), бджолами (по центру) і метеликами (праворуч)

Саме тому насичено-синього та червоного кольорів в зеленому світі комах практично немає. На відміну від них, примати (до яких належить і людина) еволюціонували далі. Вони зробили це одночасно з квітковими рослинами, які дають соковиті плоди, що, достигаючи, забарвлюються в жовті, помаранчеві та червоні кольори. Саме тому люди добре розрізняють жовтий та червоний. Але багато комах має також тетрахромовий зір, сприймаючи чотири кольори. Додатковим для них є пурпуровий. Комахи бачать ультрафіолетове світло, що недоступне ані людині, ані іншим ссавцям. І тільки використання спеціальних приладів зі світлофільтрами дозволяють побачити вигляд предметів в ультрафіолеті, наприклад, квітів. Однак навіть комп’ютерні симуляції нам дозволяють лише приблизно уявити, яким сприймають світ комахи. Очевидно одне — їхній світ набагато яскравіший за наш.

• 1. За допомогою лупи чи мікроскопу спробуй віднайти й розглянути компоненти вестибулярного апарату різних комах.
• 2. Які ще організми, крім світлячків, здатні світитися в темряві? Висунь гіпотези навіщо вони це роблять та обговори їх із учителькою чи учителем біології.
• 3. На основі досліду з кольоровими тарілками визнач, чи різниться улюблений колір у комах різних видів? Підрахуй «відсоток улюбленості» кожного кольору для виду комах, що найчастіше застрягав у тарілках. Для цього розділи кількість особин виду у тарілці певного кольору на кількість особин виду в усіх тарілках та помнож на 100 %.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Тварини лікують 7 клас Драгулян", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)