Чтобы найти в траве подходящую самку своего вида, саранче недостаточно просто петь. Нужно петь специальную видовую песню. Но самое интересное начинается после того, как пара встретилась, рассказали корреспонденту Infox.ru биологи.
По песне узнают своих
Летний луг звенит и стрекочет: это поют насекомые отряда прямокрылых – кузнечики и саранчовые, или кобылки. Песня им жизненно необходима – ведь это единственный способ найти себе полового партнера в густой траве. На одной поляне могут проживать до десятка видов кобылок. И только звуки позволяют самцам и самкам одного вида узнавать друг друга.
«Среди саранчовых много видов-двойников, которые по внешнему виду ничем не отличаются, -- рассказывает корреспонденту Infox.ru старший научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН кандидат биологических наук Варвара Веденина. – Раньше систематики относили их к одному виду. Но когда стали записывать и анализировать их звуки, выяснилось, что это разные виды. И у каждого своя песня. В лаборатории мы скрещивали их и получали жизнеспособное потомство, но в природе песня служит надежным изолирующим барьером от межвидового скрещивания».
Чем поют кобылки
Саранчовые внешне похожи на кузнечиков, но звуки издают совсем по-другому. Кузнечики, так же как и сверчки, поют крыльями – жесткие надкрылья трутся друг о друга. В отличие от них, кобылки поют задними ногами. На их бедрах имеется ряд шипиков, и, двигая ногами, они трут этими шипиками о жилку крыла.
«У саранчовых два звуковых аппарата (две ноги), -- объясняет Варвара Веденина. – Ноги могут работать с фазовым сдвигом и по разным моторным программам, что дает возможность усложнять и разнообразить песенку». А ученые пытаются понять, зачем им нужна такая сложность.
Если сравнивать осциллограммы песен разных видов саранчовых, то можно отметить различия по амплитудно-временной структуре сигнала. Например, по длительности звуковых посылок, частоте и длительности пульсов в посылке, соотношению интенсивности разных пульсов и т.д. Если левая и правая ноги работают асинхронно, паузы между пульсами оказываются менее выраженными. Если фазовый сдвиг ног в процессе пения меняется, серии с четкими пульсами чередуются с шумообразными сериями. Возможностей для усложнения масса.
Как их изучают
Исследовать акустическую коммуникацию саранчовых биологи могут не только в природе, но и в лаборатории. Лабораторная установка позволяет одновременно записывать не только звук, но и движения задних ног, генерирующие звук. Для записи движений ног используется специальная, сконструированная в лаборатории оптоэлектронная система, состоящая из двух камер со встроенными фотодиодами. Перед экспериментом на ноги кобылок наклеиваются маленькие рефлекторные бумажки. Камеры снабжены лампами, и лучи, отражающиеся от рефлекторных бумажек, попадают на фотодиоды. Так движения ног преобразуются в электрический сигнал.
Во время записи пара испытуемых насекомых находится на специальном столике под лампой, которая создает для них комфортную температуру. Туда же кладут пищевую траву. Если пару не беспокоить, она вскоре начинает свой брачный ритуал.
В лаборатории кобылок и разводят: самки откладывают яйца в песок, имеющийся в садках в достаточном количестве. Сотрудники просеивают песок и отбирают яйца, которые находятся внутри защитных «кубышек». Кубышки помещают во влажный песок в чашках Петри и хранят в холодильнике от двух до шести месяцев, имитируя зимнюю диапаузу. После этого чашки Петри вынимают, и выплод личинок происходит через две-три недели при комнатной температуре.
Сначала найти, потом завоевать
В брачном поведении кобылок два этапа, и для каждого этапа – своя песенка. Сначала одиночный самец, сидя в траве, издает призывный сигнал. Самка слышит его на расстоянии нескольких метров и, если она готова спариваться, отвечает на него похожим сигналом. Начинается сближение.
Когда партнеры оказываются поблизости, самец приступает ко второму этапу – к ухаживанию. И на этом этапе разные виды сильно различаются, используя совершенно разную стратегию подхода к самке. У одних видов все происходит быстро и просто. Их сигнал ухаживания почти не отличается от призывного сигнала. И времени много не занимает.
Другие виды придерживаются стратегии длительного ухаживания. Песенка ухаживания на этом этапе значительно сложнее по структуре, чем призывный сигнал. Часто самцы сопровождают ее ритуальными движениями головы, антенн и брюшка, исполняя брачный танец. Есть виды, которые высоко вскидывают задние голени.
Самок привлекают сложные натуры
«Для чего нужен призывный сигнал – понятно: чтобы встретиться. А вот для чего нужен сигнал ухаживания – это некая загадка, -- продолжает Варвара Веденина. – Казалось бы, уже нашли друг друга – зачем дальше петь?» Ее гипотеза состоит в том, что сложный сигнал ухаживания позволяет самке выбрать более качественного партнера. Ухаживание включает в себя не только звуковые, но и зрительные, вибрационные, химические компоненты. И характер этих компонентов говорит не только о видовой принадлежности, но и о качестве самца.
Сложный сигнал ухаживания дает большую возможность самкам для выбора и самцам для соревнования, особенно в том случае, когда несколько самцов одновременно ухаживают за самкой (длительный сигнал ухаживания привлекает также других самцов).
От песни к виду
При такой стратегии половой отбор играет решающую роль в установлении этологических изолирующих барьеров, а следовательно, в видообразовании. Песня эволюционирует очень быстро, так как ее новые элементы, которые пришлись по вкусу самкам, закрепляются в популяции и дают начало новому виду.
К такому выводу биологов привели результаты молекулярно-генетических исследований. Они анализировали митохондриальную ДНК разных видов саранчовых по нескольким маркерам – фрагментам нуклеотидной последовательности. А потом сравнили результаты с акустическими сигналами.
Оказалось, что виды с более простой песенкой сильнее различаются по этим маркерам и, следовательно, имеют более древнее происхождение. А виды со сложной песенкой и длительным ритуалом ухаживания почти не различаются по этим маркерам, что свидетельствует о недавней дивергенции (расхождения от общего предка) этих молодых видов.
Результаты изучения роли акустических сигналов в видообразовании саранчовых были представлены на семинаре по эволюционной биологии на Беломорской биологической станции (ББС) МГУ.
