В чем вообще разница между бабочками и мотыльками? Раскрою страшную тайну: разделения на бабочек и мотыльков, как такового собственно не существует. Мотыльки это полифилетическая группа семейств насекомых из отряда Lepidoptera, чешуекрылых, ну или просто- бабочек.
Полифилетическая группа- это собирательная группа видов, которые конвергентно пришли к крайне схожей морфологии, но сестринскими группами не являются. Грубо говоря, виды находятся друг от друга далеко на генетическом уровне, общего предка нет, но похожи между собой настолько, что о них можно спокойно говорить как об одной и той же большой группе. Так что все мотыльки это бабочки, но не все бабочки это мотыльки.
Мотыльков выделили по принципу: похоже на бабочку, но блин не бабочка. Что у одних, что у вторых голометаболия (полный метаморфоз), экологическая ниша опылителей-нектароедов и, в личиночной стадии, растениежоров, ну и план строения «два чешуйчатых, зачастую цветастых крыла латерально с каждой стороны головогруди».
Так в чем разница? В основном разделение и последующие морфологические изменения пошли из-за времени активности. Как я упомянула выше, они находятся в одной и той же экологической нише, и, чтобы уменьшить конкуренцию (не намеренно, к консенсусу они не приходили) бабочки и мотыльки разделились на дневных и ночных насекомых соответственно.
Это не сто процентно-работающее правило, так как есть как и дневные мотыльки, так и ночные бабочки.
Например, все наверняка видели вот такую штуку:
Это мотылек из семейства бражников- языкан обыкновенный, по-умному Macroglossum stellatarum. Несмотря на принадлежность к мотылькам, это совершенно дневное насекомое. В то время как большинство других представителей бражников ночные.
А вот Hedylidae это целое семейство бабочек из Северной Америки, которые активны исключительно ночью.
Так поделили бы на дневных и ночных, да и бог с ними! Можно было бы так сказать, если бы не серьезные отличия в морфологии бабочек и мотыльков.
В виду ночного образа жизни, мотыльки развили неплохое количество разных эволюционных приспособлений, которые им помогают не убиться в темноте, и собственно ими и отличаются от бабочек.
Давайте взглянем на павлиноглазку цекропия, Hyalophora cecropia.
Не только потому что она очень милая и красивая, но и потому на ней хорошо видны две основные и очевидные фичи мотыльков, отделяющие их от бабочек: «реснички» на антеннах и общая пушистость.
Пойдем по порядку.
Антенны это основной орган осязания у членистоногих. Да-да, они есть не только у насекомых, но про это в другой раз. Антенны покрыты особыми волосками- сенсиллами. Сенсиллы бывают двух типов- хеморецепторными и механорецепторными. Первые улавливают запахи, вторые движения, что как бы очень важно для ориентации в пространстве и не только!
Реснички увеличивают площадь антенн и соответственно количество сенсилл, которое можно упихать на них. Вместе с количеством сенсилл прямо пропорционально увеличивается чувствительность антенн, что помогает мотылькам летать в полной темноте.
Так придумали делать не только мотыльки, но и многие другие насекомые! Часто можно увеличение размера антенн можно увидеть у самцов жесткокрылых, так как это помогает им в поисках самок и улавливании их феромонов.
Вот несколько гротескный пример:
Это самец и самка Acanthocinus aedilis, серого длинноусого усача.
Мотыльки не могут позволить себе отращивать усы в длину для увеличения площади из-за нарушений аэродинамики как последствия размера усов, так что реснички это их вариант. Более активно летающие жуки тоже реснички отращивают. Например тот же самый майский жук, Melolontha hippocastani. У самок таких роскошных антенн, кстати говоря, нет. Так же размер ресничек на антеннах больше выражен у самцов мотыльков чем у самок, по тем же причинам: улавливание феромонов.
Теперь о пушистости.
Пушистость мотыльков нужна не только для того чтобы выглядеть невероятно мило, но и для ряда других, более важных вещей.
А что вообще такое мотыльковый пух (Жара, июль)?
Мотыльки и бабочки относятся к отряду с крайне говорящим названием: чешуекрылые. Если посмотреть под микроскопом, их крылья покрыты миллионами крохотных разноцветных чешуек, состоящих из хитина. Пушок состоит из того же самого материала и необходим еще для ряда других функций, например терморегуляции.
Терморегуляция вообще важная для всех насекомых штука, так как перегрев критичен в виду их маленького размера, но в то же время они работают как жигуль на морозе: без прогрева не сдвинуться. Поэтому насекомые прогреваются только перед необходимым действием. Основную работу в контроле температуры конечно выполняет кровь и перелетание с места на место в поисках оптимальной температуры, однако инсуляционные способности мотыльковой шубы отметать нельзя. Пух конечно есть и у дневных бабочек, но гораздо менее выраженный, да и полагаются они скорее на свет-тень для контроля температуры, в то время как ночные мотыльки такой роскоши себе позволить не могут. Поэтому пух играет существенную, хоть и не основную, роль в сохранении тепла, сгенерированного кровью и дрожанием. Да! Мотыльки дрожат чтобы согреться :) Это не является исключительно их фичей, многие насекомые так делают для прогрева мускулатуры.
Кстати с терморегуляцией помогает не только пух, но и чешуйки на крыльях! Крылья это довольно хрупкая и тонкая структура, которая крайне восприимчива к перегреву. Чтобы этого избежать, крылья покрыты наноструктурами неоднородной толщины (что достигается кутикулой), тем самым создавая неоднородное распределение радиационного охлаждения, которое избирательно снижает температуру трахей в крыльях и андрокониальных органов (железы которые выделяют феромоны грубо говоря). Еще чешуекрылые меняют позиции крыльев чтобы максимизировать пользу от этих неоднородных структур и охладиться/нагреться.
Еще в терморегуляции имеет значение непосредственно цвет бабочек! Более светлые бабочки в среднем более успешны в буфферинге температуры торакса, в то время как более темные быстрее нагреваются, но тут прям физика-физика начинается и мне разбираться в ней сейчас откровенно лень.
Но в основном пух мотыльков необходим для такой штуки как акустический камуфляж. Звучит нереально круто, действует еще круче.
Что такое акустический камуфляж? А как вообще работает звук?
С точки зрения физики, звук это упругая волна, которая может отражаться от поверхностей. Отраженный звук называется эхом, а разные поверхности имеют разный уровень отражения звука.
Если смотреть на студии звукозаписи, можно заметить, что стены покрыты специальным пенистым, текстурированным материалом. Это необходимо для рассеивания и поглощения звука, и, соответственно, предотвращения появления различных акустических шумов, в том числе эха, что необходимо для качественной аудиодорожки.
Пушистость мотыльков необходима для тех же вещей: рассеивание и поглощение звука. Однако мотыльки не то что бы интересуются качеством аудиодорожек, и эти физические качества необходимы им в качестве меры защиты от одного ночного хищника, которому крайне сильно нужно, чтобы звук отражался от добычи ну очень хорошо.
Да! Мотыльки развили пушистость в качестве ответа на сонар летучих мышей! Это подтвердили биофизики из Бристоля, буквально пару лет назад. Для этого они "брили" мотыльков, направляли на них звук, симулирующий мышиный писк, и слушали отраженное эхо. Небритые мотыльки показали редукцию эха на 67%, что на самом деле невероятно крутой результат, которого могут достичь лишь некоторые звукорассеивающие материалы, созданные человеком. Эта редукция позволяет мотылькам избежать обнаружения летучей мышью, и соответственно остаться в живых.
Вот тут можно посмотреть охоту мышей на мотыльков, очень завораживает!
Летучие мыши вообще много как влияют на эволюцию мотыльков. Как и мотыльки, в свою очередь на эволюцию летучих мышей. В эволюционной биологии такой феномен называется "Гонка вооружений" и является одним из типов коэволюции. При нем хищник и жертва находятся в постоянной борьбе, и вынуждены постоянно развиваться чтобы преуспевать в охоте или в защите, тем самым оказывая селективное давление на другой вид. Это довольно частое явление, которое возникает у узконаправленных нишевых видов. Например у паразитов! Паразиты довольно хост-специфичны, поэтому хосты всегда "стараются" придумать методы борьбы с ними, в то время как паразиты стараются обойти их. Но не суть, обратно к мотылькам!
Например Сатурния луна (Actias luna) развила "хвосты" на кончиках крыльев для одной крайне специфичной цели: сбивать сонар мышей. При полете "хвосты" колеблются, отводя внимание мышей от более уязвимых частей тела мотылька в сторону как раз таки хвостов, которые хоть и полезны для выживания, но не необходимы, поэтому даже если их и зацепит, сатурния продолжит жить. Эта стратегия крайне эффективна и независимо эволюционировала как минимум четыре раза среди сатурниид. Еще по принципу Фишера (я когда-то про него писала) самки зачастую отдают предпочтение самцам с более длинными "хвостами".
Сатурнии в полете
A еще они сальтухи вертят йоу! По той же самой причине: сбой сонара мышей. Так делают не только сатурнии но и многие другие мотыльки и это уже является скорее поведенческой адаптацией чем морфологической.
Еще некоторые мотыльки делают вообще крутые вещи в плане защиты от мышей. Горностаевые моли (Yponomeuta) (и некоторые другие таксоны), например, вообще научились при полете издавать ультразвуковой писк, аналогичный мышиному, тем самым делая их незаметными для сонара.
Достигается это дело стридуляцией (умное слово, обозначающее трение определенных частей тела с целью воспроизведения звука) определенных зубчатых структур на задних крыльях друг об друга при полете. Что интересно сами мотыльки глухи.
Как раз о глухоте! Не все мотыльки полагаются исключительно на пассивную защиту от летучих мышей в виде пуха и прочих специфичных эволюционных приколов. Некоторые мотыльки пошли еще дальше и развили более активную защиту: слух.
А как вообще насекомые слышат?
А как вообще мы слышим?
Чтобы распознавать звуки из окружающей среды, нужно уметь преобразовывать акустическую энергию, содержащуюся в волнах звукового давления, в нейронные сигналы. Если более развернуто, то:
(1) Преобразуем звук в механический сигнал с помощью какой-нибудь акусто-механической приблуды. В нашем случае барабанной перепонки, в случае насекомых- сенсиллы, хотя структуры похожие на перепонки тоже встречаются.
(2) Связываем эту, уже механическую, энергию с механосенсорными структурами, (внутреннее ухо у нас, crista acustica у насекомых) и получаем сигнал.
(3) Анализируем амплитуду, частоту и временную структуру этого самого сигнала механически и перекидываем это на нейроны.
4) Та-даааа мы что-то услышали!!
"Уши" насекомых это специальные эволюционирующие из хордотональных органов (структура похожая на механорецепторные сенсиллы (о них я говорила чуть повыше), но работающая несколько иначе) органы. Некоторые совсем простые, буквально сенсиллы но покруче, в то время как другие, например у кузнечиков страшно напоминают слуховые органы млекопитающих. "Уши", которые находятся кстати говоря на передних ногах, не только распознают сигналы и частоты, но и имеют в какой-то мере даже подобие вестибулярного аппарата.
Благодаря этому дико сложному устройству, кузнечики могут считывать значительно более высокий диапазон частот чем другие насекомые. Я могу более детально про это расписать, если маякнете что интересно, так как я сейчас поймала себя на том, что я просидела где-то два часа читая про биомеханику слуха кузнечиков потому что это просто безумие какое-то.
И так, в то время как кузнечики могут считывать невероятное количество звуков вокруг них на всевозможных частотах, в виду того что они и охотятся на других насекомых (некоторые вообще мимикрируют звуки цикад, чтобы их подманивать), и являются добычей довольно большого количества всего подряд, и коммуницируют друг с другом, некоторые мотыльки отрастили уши (кстати на крыльях) для одной единственной цели: слышать мышей. На это указывают две вещи: дневные бабочки глухи, в то время как мотыльки могут слышать буквально ультразвук, и результаты филогеномии, которая показала что появление слуха как события у чешуекрылых появилось аккурат вместе с эхолокацией у летучих мышей. Причем, уши мотыльков настроены зачастую исключительно на частоты, на которых эхолоцируют летучие мыши, специфичные для их места обитания. Тем самым, слыша мышей, они могут избегать их атак
Подытожим
Если очень кратко, мотыльки это ночные бабочки, морфологические особенности которых были сформированы ночным временем активности и прямой гонкой вооружений с эхолоцирующими летучими мышами, которая продолжается весь эоцен. Я опустила непосредственно морфологические особенности, такие как позиция крыльев, и решила сфокусироваться на более интересных и очевидных штуках, поэтому если есть какие-либо вопросы, буду рада ответить :)