Бабочки , или члены надсемейства Papilionoidea , используют два ультрафиолетовых сигнала: отражение или поглощение УФ-излучения в качестве системы связи . Ультрафиолетовая область — это часть электромагнитного спектра с длиной волны от 10 до 400 нм . Чувствительность к этой области дает бабочкам несколько преимуществ, таких как нектарные проводники для нектара , но она также обеспечивает частный канал связи, недоступный хищникам . Благодаря этой надежной линии бабочки могут облегчить брачное поведение и распознавание пола. [1] [2]
Система ультрафиолетовой связи выполняет две роли: отправитель и получатель. Бабочки посылают ультрафиолетовые сигналы, используя УФ- отражение или УФ- поглощение . Первое достигается за счет использования структурного цвета , отражения определенных частот света посредством конструктивной интерференции . Образование этого структурного цвета у бабочек было выяснено в ходе исследования Eurema lisa Хелен Гираделла. [3] У этой конкретной бабочки небольшая желтая часть дорсальной поверхности крыльев направленно отражает УФ-излучение. Другими словами, изображение, полученное в результате УФ-отражения, можно увидеть только под определенным углом от исходной точки. Электронные микрофотографии определили структуру чешуи, что, в свою очередь, прояснило механизм УФ-отражения. Чешуйки, отражающие УФ-излучение, состоят из приподнятых продольных гребней и перпендикулярных поперечных ребер, которые соединяют параллельные идущие гребни, образуя сетку. [4] Гребни имеют ламели , которые проходят сверху и параллельно гребням, и микроребра по бокам. Частичное перекрытие структур ламелей вызывает интерференцию тонких слоев , приводящую к отражению света с длиной волны в пределах ультрафиолетового спектра. [3] Было установлено, что другой ультрафиолетовый сигнал у бабочек, поглощение, регулируется пигментами , называемыми птеринами . У крыльев, содержащих этот пигмент, крылья не способны отражать ультрафиолетовый свет так же, как и без пигмента, поскольку птерины поглощают ультрафиолетовый свет. [5] Таким образом, бабочки способны отражать ультрафиолетовый свет в результате организации и состава их чешуек крыльев, приводящих к тонкослойной конструктивной интерференции, и могут поглощать ультрафиолет за счет действия птериновых пигментов.
Бабочки получают ультрафиолетовые сигналы с помощью специального опсина в глазу бабочки. Глаз бабочки похож на глаз среднего насекомого тем, что состоит из многочисленных омматидий . Каждая омматидия бабочки содержит девять фоторецепторных клеток, каждая из которых обычно использует один опсин. [6] Благодаря опсину, чувствительному к УФ-излучению, бабочка может видеть УФ-свет и максимально реагировать на ультрафиолетовый свет с длиной волны примерно 350 нм. [6] Таким образом, опсин, который реагирует на ультрафиолетовый свет, является механизмом восприятия ультрафиолетового света.
Белокочанные бабочки Pieris rapae Cruvora используют свою частную систему ультрафиолетовой связи, чтобы инициировать брачное поведение. У этого вида отражение ультрафиолета имеет половой диморфизм : самки проявляют способность отражать ультрафиолетовый свет с длиной волны от 380 до 400 нм, а самцы менее способны отражать ультрафиолет. Самцы, которые воспринимают ультрафиолетовое отражение от самки, инициируют ухаживающее поведение, которое включает в себя приближение к самке и попытку совокупления . Самки сообщают о своей восприимчивости самцам, используя систему ультрафиолетовой связи. Считается, что ультрафиолетовое отражение сконцентрировано на брюшной стороне заднего крыла самки. Ёсиаки Обара определил это экспериментально, сравнив количество подходов к различным частям крыльев бабочки. Результаты показали, что брюшная часть заднего крыла самки больше всего способствовала сексуальному поведению самцов. [7] Хотя отражение ультрафиолетового излучения приводит к сексуальному поведению, самое сильное отражение УФ-света не является самым сильным фактором, вызывающим такое поведение. В результате самцы бабочек белокочанной капусты должны отдавать предпочтение определенному уровню отражения ультрафиолета от самок. [8] Используя частную систему ультрафиолетовой связи, самки белокочанной капустницы сигнализируют о своей восприимчивости и инициируют брачное поведение самцов.
Ультрафиолетовый свет является не только активатором сексуального поведения самцов: его отсутствие может также остановить приближающегося самца и его попытку совокупления. Самки белокочанной капусты не всегда восприимчивы к самцам белокочанной капусты, и, чтобы передать это сообщение, они принимают позу отказа от партнера. Такое поведение заключается в раскрытии крыльев и выпрямлении брюшка. [8] Раскрытие крыльев таким образом обнажает спинную сторону женских крыльев, которые, как известно, не способны отражать ультрафиолетовый свет. По сути, женщины устраняют ультрафиолетовый сигнал, который инициирует мужское сексуальное поведение, что приводит к резкому прекращению мужского сексуального поведения. Самки белокочанной капусты используют персональную систему ультрафиолетовой связи бабочки, чтобы также отвергать самцов, удаляя сигнал отражения ультрафиолета.
Некоторые виды бабочек используют ультрафиолет как метод обозначения своего пола. Например, у вида Eurema lisa самцы обладают структурными требованиями, необходимыми для отражения ультрафиолетового света, обсуждавшихся ранее, но у самок отсутствуют гребни, отражающие ультрафиолетовый свет. У обоих полов этого вида реакция трепетания, или быстрое раскрытие и закрывание крыльев, осуществляется при приближении самца к другой бабочке; тем не менее, самцы совокупляются с самками, которые демонстрируют такое поведение, отступая при этом от самцов, которые выполняют реакцию трепетания. Показав, что крылья самца и самки похожи по внешнему виду, за исключением отражения УФ-излучения, и приближающийся самец подвергается ультрафиолетовому отражению крыльев самца во время реакции трепетания, а также исключив временные различия в поведении трепетания как причину распознавания пола. Рональд Рутовски пришел к выводу, что ультрафиолетовый свет использовался как индикатор мужского пола. [9] Однако у некоторых видов это различие не всегда заметно, и УФ-изображения могут визуально различаться в зависимости от положения отражающего света. Это можно увидеть на примере обыкновенной серы , где самцы демонстрируют мужские или женские узоры переливчатости с разными положениями, расстояниями и углами света - это известно как « гинандроморфный » эффект. [10]
Система ультрафиолетовой связи, используемая бабочками, также используется в качестве индикатора мужского пола для других конкурирующих самцов в эвритеме бабочки Colias . У этого вида только самцы способны отражать ультрафиолетовый свет спинной стороной крыльев, а самки - нет. Сексуальное поведение самцов схоже с большинством бабочек. Самец зависает над сидящей самкой, наклоняется к одному из ее боков и порхает. Затем, если самка останется неподвижной, самец приземлится на нее, ее крылья или на растительность и попытается совокупиться. Совокупление обычно длится около часа, и часто другие самцы пытаются приблизиться к спаривающейся паре. Однако самец в разгар спаривания светит задними крыльями, отражающими ультрафиолетовое излучение, и приближающиеся самцы отпугиваются. Был сделан вывод, что самцы Colias eurytheme используют ультрафиолетовый свет как сигнал для отпугивания других самцов. [11] Таким образом, самцы бабочек Colias eurytheme используют свой личный канал в ультрафиолете, чтобы сигнализировать о своем поле, а также удержать других самцов от совокупления со своей партнершей.