Есть, чтобы спрятаться

В мире, где есть хищники, без маскировки не обойтись. И насекомые достигли величайшего мастерства в искусстве камуфляжа. Слиться с поверхностью листа или притвориться веточкой — это они могут запросто. Но многие мелкие жуки-листоеды, в том числе земляные блошки, кажется, вовсе не стараются быть незаметными. Они сидят на верхней, хорошо освещенной поверхности листа, и окраска у них не камуфляжная. Более того, поедая лист, они оставляют дырки — явный знак своего присутствия, который привлекает внимание многочисленных насекомоядных птиц.

Как же листоеды защищаются от хищников? Этот вопрос пришел в голову Дэвиду Ху (David L. Hu), доценту Технологического института штата Джорджия (США). Данной проблемой он занялся не один, а привлек биологов из Зоологического института Китайской академии наук, Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук и Национального музея естественной истории в Вашингтоне (США). Ученые пришли к выводу, что в качестве камуфляжа жуки используют прогрызенные в листе отверстия [1].

Согласно теории эффективности визуального поиска, объект труднее обнаружить, когда вокруг него присутствуют дополнительные отвлекающие элементы. Эффективность поиска зависит от того, насколько эти элементы похожи друг на друга и на сам объект. Наблюдая за земляными блошками (Alticini), исследователи заметили, что проеденные ими в листьях дырки соразмерны телам жуков, то есть могут служить отвлекающими элементами. И действительно, на дырявом листе жука сложнее заметить (рис. 1).

В лесах Китая и Боливии биологи сделали 25 фотографий взрослых листоедов и поврежденных ими листьев. Сфотографированные жуки представляли 15 видов. На основании этих фотографий ученые подсчитали площади отверстий и тел насекомых.

Они заметили, что дырочки на верхней, солнечной поверхности листьев прогрызают только мелкие виды листоедов. Те, что покрупнее, кормятся на нижней стороне или объедают лист с краю. Многие из сфотографированных жуков очень малы: размер их тел колеблется от 1 до 8 мм. Проделанные ими отверстия не всегда сквозные. Иногда жуки съедают только верхний слой листа, оставляя на нем бурые или белые отметины. Когда лист проеден насквозь, дыра выглядит темной. Форма отверстий стандартная, круглая, а их площадь обычно вдвое меньше площади тела жука.

Ученые обработали фотографии, сделанные в полевых условиях, и получили на их основе 29 компьютерных изображений. На каждом из них был зеленый лист с тремя жуками Altica cirsicola. На контрольной картинке лист был целый, а остальные двадцать восемь имели разное количество дырок разного размера. Отверстий было 5, 10, 50 или 100, а также семь вариантов соотношения площади отверстия к площади тела жука (1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4 и 8). Эти изображения в случайном порядке показывали 32 взрослым испытуемым, которые должны были как можно скорее найти на каждом листе трех жуков (рис. 2). На разных фотографиях жуки и дыры располагались в разных местах.

Оказалось, что на целом зеленом листе человек находит жука за 0,79 с, а на листе с пятью отверстиями — за 0,86 с (на 9% дольше). При дальнейшем увеличении числа дырочек время поисков растет медленнее, однако при ста отверстиях оно увеличивается до 0,91 с при размере дыры, равном размеру жука, т. е. почти на 15% по сравнению с целым листом.

Эффективность поисков значительно снижается, когда жук и отверстия сходного размера. Если еще больше увеличивать площадь дырочек, то жуки находятся быстрее. Однако если отверстие превышает размеры жука более чем вдвое, время поиска вновь возрастает. При восьмикратной разнице среднее время поиска составляет 0,89 с (рис. 3).

Итак, тяжелее всего найти жука среди отверстий размером с него самого, однако земляные блошки прогрызают дыры вдвое меньшие. Оказывается, сделать отверстие покрупнее они просто не в состоянии.

Ученые полагают, что размер отверстия зависит от двух факторов. Прежде всего, важна подвижность передней части тела. Жук ест, стоя на месте и поводя из стороны в сторону головой и переднегрудью. От того, на какой угол он может их отклонить, зависит ширина отверстия. Максимальная амплитуда, которую наблюдали исследователи, составляла 53°.

Второй фактор — объем передней кишки. Жук в один присест прогрызает только одну дыру и потом отдыхает. Трапеза длится в среднем 12 минут, пауза — около 45 минут. С помощью компьютерной томографии ученые определили объем передней кишки у A. cirsicola — он равен 3,4 мм3. Это примерно в три раза больше, чем объем съеденной растительной ткани (1,3 мм3). Однако после трапезы передняя кишка жука полна. Во время отдыха часть пищи переваривается и перемещается дальше по кишечнику, освобождая примерно треть передней кишки для новой порции. Тогда жук вновь приступает к еде, создавая очередную дыру.

Наблюдения показали, что A. cirsicola остается на листе примерно 8 часов в сутки и тратит на еду четверть этого времени. Ест он с постоянной скоростью 0,0018 мм3/с. Следовательно, за одну «смену» жук может сделать в среднем 13,8 отверстия площадью вдвое меньше себя. Такое сочетание размера и количества отверстий можно считать достаточным для маскировки.

Кроме того, разные виды жуков оставляют отверстия разной глубины и, следовательно, разного цвета: он может быть и коричневым, и черным и обычно совпадает с цветом тела жука.

В естественных условиях отверстие, оставленное жуком после трапезы, не больше его самого. Однако, если жук давно объедает лист или он на нем не один, дырки могут оказаться близко друг к другу и даже слиться, что, естественно, скажется на их размере. Сначала это обстоятельство облегчит птице охоту (рис. 3), но когда размер отверстия превысит размер жука в 4–8 раз, время поиска вновь увеличится. Так что несколько слившихся мелких отверстий могут быть даже полезны.

Земляные блошки живут в тропических лесах, где плотность насекомоядных птиц высока и конкуренция между ними жесткая. Мелкие насекомоядные птицы весом 10–14 г должны много есть, потому что у них высокая скорость метаболизма. В поисках добычи они обшаривают взглядом листья, и пятнистый камуфляжный фон должен затруднять им поиски. Однако пока это предположение остается гипотезой. Наблюдений за жуками и птицами ученые пока не проводили.

Можно ли делать предварительные выводы о проблемах птичьей охоты на основе компьютерного эксперимента с участием людей? Ученые полагают, что можно. Эксперименты, в которых людей просят что-либо найти, проводят довольно часто, и авторы этих исследований считают, что эффективность поиска, проводимого людьми или птицами, примерно одинакова. Поэтому использование добровольцев в данном случае оправданно.

По мнению биологов, им удалось обнаружить новый вид камуфляжа. Вместо того чтобы слиться с фоном, жуки-листоеды его меняют, совмещая питание с маскировкой. Пока птица вглядывается в пятнистый лист, у жука есть время убежать. В то же время само наличие отверстий указывает на присутствие добычи и привлекает внимание охотника.

Известно более 38 тыс. видов листоедов, в том числе около 9,9 тыс. видов земляных блошек. Это древнее семейство, возникшее еще в юрском периоде, около 150 млн лет назад. На листоедов активно охотятся птицы, однако жуки успешны и многочисленны, следовательно, их защитная стратегия имеет успех и прогрызенное в листе отверстие — все-таки не черная метка, а камуфляжное пятно.

Наталья Резник

1. Ren J., de Gunten N., Konstantinov A. S., Vencl F. V., Ge S., Hu D. Chewing Holes for Camouflage // Zoological Science, 2018, 35(3), 199–207, doi: 10.2108/zs170136