Движущиеся крылья бабочек ввели хищников в заблуждение

Биологи из Великобритании выяснили, что узоры на крыльях бабочек создают иллюзорные сигналы движения, которые сбивают хищников с толку. Исследователи провели высокоскоростную съемку свободного полета бабочек и смоделировали эволюцию узоров с помощью генетического алгоритма. В результате экспериментов естественные узоры создали визуально более запутанное движение, чем крылья без подобных паттернов, а генетический алгоритм независимо пришел к рисункам, схожим с природными. Результаты исследования опубликованы в Nature.

Движение способно разрушить даже самую эффективную статичную маскировку, сделав животное более заметным. Долгое время исследователи проверяли гипотезы о вводящей в заблуждение окраске в основном на жестко зафиксированных приманках, оставив неисследованной локомоцию, создающую зрительные помехи. Например, крылья бабочек обладают большим разнообразием высококонтрастных дорсальных узоров, еще одной функцией которых может быть визуальная защита от хищников во время движения. В пользу этого говорят, например, низкие частоты взмахов, различимые птичьим зрением, непредсказуемое поведение в полете и хвостики на задних крыльях.

Исследователи из Великобритании под руководством Джолиона Тросянко (Jolyon Troscianko) из Университета Эксетера проверили свою гипотезу о влиянии узоров для движущихся крыльев бабочек с помощью высокоскоростной съемки и численного моделирования на основе генетического алгоритма.

Сначала исследователи записали полет пяти видов бабочек на частоте 1057 кадров в секунду. Кадры сегментировали, перевели в так называемое «птичье зрение» (на основе двойных колбочек синицы) и прогнали через элементарный детектор движения (EMD, elementary motion detector) — базовую биофизическую модель, которая описывает, как зрительная система определяет направление движения. Для каждого кадра ученые вычислили нормированную разность между суммарным откликом детекторов, зарегистрировавших движение в обратном направлении, и таким же откликом детекторов, которые зафиксировали перемещение в прямом направлении. Те же расчеты авторы работы повторили для откликов детекторов при движении вперед и вбок, а также для узоров без паттернов: серого, черного и белого. В результате экспериментаторы заметили, что именно естественный узор сильнее изменил нормированную разность, увеличив ошибки детекторов.

Помимо этого, ученые смоделировали с помощью генетического алгоритма эволюцию 57600 искусственных узоров, отбирая их так, чтобы рисунок как можно больше сбивал с толку EMD. После анализа сгенерированных узоров исследователи обнаружили, что генетический алгоритм независимо пришел к рисункам, которые оказались статистически близки к природным узорам европейских бабочек.

Авторы работы отметили, что исследованная путаница движения, широко распространенная среди бабочек, может быть одной из самых успешных визуальных защит среди животных. Однако такая особенность не исключила, а лишь дополнила другие функции узоров — предупреждение, мимикрию и терморегуляцию. Результаты исследователей помогут создать более точные системы обнаружения движущихся объектов для робототехники.

Бабочки создали своеобразные оптические иллюзии, а вот ростки подсолнечника, наоборот, сами стали их жертвами из-за устройства своих фоторецепторов, о чем мы писали ранее.