Ubarwienie zwierząt - Animal coloration
Ubarwienie zwierząt to ogólny wygląd zwierzęcia wynikający z odbicia lub emisji światła z jego powierzchni. Niektóre zwierzęta są jaskrawo ubarwione, podczas gdy inne są trudne do zauważenia. U niektórych gatunków, takich jak paw , samiec ma wyraziste wzory, rzucające się w oczy kolory i jest opalizujący , podczas gdy samica jest znacznie mniej widoczna.
Istnieje kilka oddzielnych powodów, dla których zwierzęta wyewoluowały kolory. Kamuflaż umożliwia zwierzęciu pozostawanie w ukryciu przed wzrokiem. Zwierzęta używają koloru do reklamowania usług, takich jak sprzątanie, dla zwierząt innych gatunków; aby zasygnalizować swój stan seksualny do innych członków tego samego gatunku; oraz w mimice , wykorzystując ostrzegawcze ubarwienie innego gatunku. Niektóre zwierzęta używać błyski koloru do przekierowywania atakami zaskakując drapieżników. Zebry mogą prawdopodobnie używać olśnienia ruchowego, myląc atak drapieżnika, szybko przesuwając pogrubiony wzór. Niektóre zwierzęta są barwione w celu ochrony fizycznej, a pigmenty w skórze chronią przed oparzeniami słonecznymi, podczas gdy niektóre żaby mogą rozjaśniać lub przyciemniać skórę w celu regulacji temperatury . Wreszcie zwierzęta można pokolorować przypadkowo. Na przykład krew jest czerwona, ponieważ barwnik hemowy potrzebny do przenoszenia tlenu jest czerwony. Zwierzęta zabarwione w ten sposób mogą mieć uderzające, naturalne wzory .
Zwierzęta wytwarzają kolor zarówno w sposób bezpośredni, jak i pośredni. Bezpośrednia produkcja odbywa się dzięki obecności widocznych kolorowych komórek zwanych pigmentami, które są cząsteczkami kolorowego materiału, takiego jak piegi. Produkcja pośrednia zachodzi dzięki komórkom znanym jako chromatofory, które są komórkami zawierającymi pigment, takimi jak mieszki włosowe. Rozkład cząstek pigmentu w chromatoforach może się zmieniać pod kontrolą hormonalną lub neuronalną . W przypadku ryb wykazano, że chromatofory mogą reagować bezpośrednio na bodźce środowiskowe, takie jak światło widzialne, promieniowanie UV, temperatura, pH, chemikalia itp. Zmiana koloru pomaga osobnikom stać się bardziej lub mniej widocznymi i jest ważna w pokazach agonistycznych i kamuflażu. Niektóre zwierzęta, w tym wiele motyli i ptaków, mają mikroskopijne struktury w łuskach, włosiu lub piórach, które nadają im olśniewające opalizujące kolory. Inne zwierzęta, w tym kalmary i niektóre ryby głębinowe, mogą wytwarzać światło , czasami o różnych kolorach. Zwierzęta często wykorzystują dwa lub więcej z tych mechanizmów razem, aby uzyskać potrzebne im kolory i efekty.
Historia
Kolorystyka zwierząt jest od wieków przedmiotem zainteresowania i badań w biologii . W epoce klasycznej , Arystoteles nagrany że ośmiornica była w stanie zmienić swoje ubarwienie pasujące do jego tło, a kiedy został zaalarmowany.
W swojej książce Micrographia z 1665 r. Robert Hooke opisuje „fantastyczne” ( strukturalne , nie pigmentowe) kolory piór pawia:
Części Piór tego wspaniałego Ptaka ukazują się pod mikroskopem nie mniej krzykliwe niż całe Pióra; ponieważ, jak gołym okiem, jest oczywiste, że łodyga lub pióro każdego pióra w ogonie wysyła mnóstwo gałęzi bocznych, ... tak więc każda z tych nici w Mikroskopie wydaje się dużym długim ciałem, składającym się z wielu jasne części odbijające.
... wydaje mi się, że ich górne strony składają się z mnóstwa cienkich, platerowanych ciał, które są niezwykle cienkie i leżą bardzo blisko siebie, a tym samym, jak masa muszli perłowych, nie tylko odbijają bardzo rześkie światło, ale to światło w bardzo dziwny sposób; i za pomocą różnych pozycji, w odniesieniu do światła, odbijają z powrotem jeden kolor, a potem inny, i te najbardziej żywo. Teraz, że te kolory są tylko fantastyczne, to znaczy takie, jakie powstają natychmiast z załamania światła, stwierdziłem przez to, że woda zwilżająca te kolorowe części zniszczyła ich kolory, co wydaje się postępować od zmiany odbicia i załamania.— Robert Hooke
Zgodnie z teorią doboru naturalnego Karola Darwina z 1859 roku , cechy takie jak ubarwienie wyewoluowały dzięki zapewnieniu poszczególnym zwierzętom przewagi reprodukcyjnej. Na przykład osobniki z nieco lepszym kamuflażem niż inne osobniki tego samego gatunku pozostawiłyby średnio więcej potomstwa. W swoim O powstawaniu gatunków Darwin napisał:
Kiedy widzimy zielone owady żywiące się liśćmi, a żywiące się korą szare plamki; alpine ptarmigan białe w zimie, czerwony-grouse kolor wrzosowy, oraz czarną cietrzew , że z ziemi torfowej, musimy wierzyć, że te odcienie są usługi dla tych ptaków i owadów w zachowaniu ich przed niebezpieczeństwem. Cietrzew, jeśli nie zostanie zniszczony w pewnym okresie ich życia, zwiększyłby się w niezliczonych ilościach; wiadomo, że cierpią głównie z powodu ptaków drapieżnych; a jastrzębie kierują się wzrokiem na swoją zdobycz tak bardzo, że w niektórych częściach kontynentu ostrzega się ludzi, aby nie trzymali białych gołębi, jako najbardziej narażonych na zniszczenie. Dlatego nie widzę powodu, by wątpić, że dobór naturalny może być najskuteczniejszy w nadawaniu właściwego koloru każdemu rodzajowi cietrzewia i utrzymywaniu tego koloru, gdy raz nabyty, prawdziwy i stały.
— Karol Darwin
Książka Henry'ego Waltera Batesa z 1863 roku The Naturalist on the River Amazons opisuje jego rozległe badania nad owadami w dorzeczu Amazonki, a zwłaszcza nad motylami. Odkrył, że pozornie podobne motyle często należały do różnych rodzin, z nieszkodliwym gatunkiem naśladującym gatunek trujący lub o gorzkim smaku, aby zmniejszyć ryzyko zaatakowania przez drapieżnika, w procesie zwanym teraz od niego mimikrą batezjańską .
Mocno darwinowska książka Edwarda Bagnalla Poultona z 1890 r. Kolory zwierząt, ich znaczenie i zastosowanie, szczególnie rozważane w przypadku owadów, argumentowała za trzema aspektami ubarwienia zwierząt, które są dziś szeroko akceptowane, ale były kontrowersyjne lub zupełnie nowe w tamtym czasie. Mocno wspierała teorię doboru płciowego Darwina , argumentując, że oczywiste różnice między samcami i samicami ptaków, takich jak bażant argus, były wybierane przez samice, wskazując, że jasne upierzenie samców znaleziono tylko u gatunków, które „sąsiadują za dnia”. Książka wprowadziła pojęcie doboru zależnego od częstotliwości , kiedy jadalne mimiki są rzadsze niż niesmaczne modele, których kolory i wzory kopiują. W książce Poulton ukuł również termin aposematyzm dla ubarwienia ostrzegawczego, który zidentyfikował w bardzo różnych grupach zwierząt, w tym ssakach (takich jak skunks ), pszczołach i osach, chrząszczach i motylach.
W książce Franka Eversa Beddarda z 1892 roku Animal Coloration przyznano, że istnieje dobór naturalny, ale bardzo krytycznie przeanalizowano jego zastosowanie w kamuflażu, mimice i doborze płciowym. Książka została z kolei ostro skrytykowana przez Poultona.
Abbott Handerson Thayer „s 1909 książka ukrywając-Zabarwienie w Animal Kingdom , ukończona przez jego syna Gerald H. Thayer, twierdził prawidłowo do powszechnego stosowania crypsis wśród zwierząt, aw szczególności opisane i wyjaśnione countershading po raz pierwszy. Jednak Thayers zepsute swoich racji, twierdząc, że kamuflaż był jedyny cel ma umaszczenie, które doprowadziły ich do twierdzenia, że nawet genialny różowy upierzenie z Flamingo lub Warzęcha był tajemniczy-przeciw chwilę różowe niebo o świcie lub zmierzchu. W rezultacie książka została wyśmiana przez krytyków, w tym Theodore'a Roosevelta, jako że „doprowadziła [„doktrynę” ukrywania zabarwienia] do tak fantastycznego ekstremum i zawierała tak dzikie absurdy, że wzywały do zastosowania w tym zdrowego rozsądku”.
500-stronicowa książka Hugh Bamforda Cotta Adaptive Coloration in Animals , opublikowana w czasie wojny 1940, systematycznie opisywała zasady kamuflażu i mimikry. Książka zawiera setki przykładów, ponad sto fotografii i własnych dokładnych i artystycznych rysunków Cotta oraz 27 stron referencji. Cott skupił się zwłaszcza na „maksymalnym kontraście destrukcyjnym”, rodzaju wzoru stosowanego w kamuflażu wojskowym, takim jak materiał destrukcyjny . Rzeczywiście, Cott opisuje takie aplikacje:
Efektem destrukcyjnego wzoru jest rozbicie tego, co w rzeczywistości jest ciągłą powierzchnią, na coś, co wydaje się być pewną liczbą nieciągłych powierzchni… które są sprzeczne z kształtem ciała, na które są nałożone.
— Hugh Cott
Ubarwienie zwierząt dostarczyło ważnych wczesnych dowodów na ewolucję drogą doboru naturalnego , w czasach, gdy dostępnych było niewiele bezpośrednich dowodów.
Ewolucyjne przyczyny ubarwienia zwierząt
Kamuflaż
Jeden z pionierów badań nad ubarwieniem zwierząt Edward Bagnall Poulton sklasyfikował formy ubarwienia ochronnego, w sposób wciąż pomocny. Opisał: ochronne podobieństwo; agresywne podobieństwo; przypadkowa ochrona; i zmienne podobieństwo ochronne. Zostały one kolejno omówione poniżej.
Podobieństwo ochronne jest wykorzystywane przez ofiarę, aby uniknąć drapieżnictwa. Zawiera specjalne podobieństwo ochronne, zwane teraz mimesis , gdzie całe zwierzę wygląda jak jakiś inny przedmiot, na przykład gdy gąsienica przypomina gałązkę lub ptasie odchody. W ogólnym ochronnym podobieństwie, zwanym teraz cripsis , tekstura zwierzęcia stapia się z tłem, na przykład gdy kolor i wzór ćmy zlewają się z korą drzewa.
Agresywne podobieństwo wykorzystują drapieżniki lub pasożyty . W szczególnie agresywnym podobieństwie zwierzę wygląda jak coś innego, wabiąc ofiarę lub gospodarza, aby się zbliżyły, na przykład gdy modliszka przypomina określony rodzaj kwiatu, taki jak orchidea . Ogólnie rzecz biorąc, drapieżnik lub pasożyt wtapia się w tło, na przykład gdy lamparta trudno dostrzec w wysokiej trawie.
Dla przypadkowej ochrony zwierzę używa materiałów, takich jak gałązki, piasek lub kawałki muszli, aby ukryć swój zarys, na przykład gdy larwa muchy chruścika buduje ozdobną skrzynkę lub gdy krab dekorator ozdabia grzbiet wodorostami, gąbkami i kamieniami.
W zmiennym podobieństwie ochronnym zwierzę, takie jak kameleon , płastuga, kałamarnica lub ośmiornica, zmienia wzór skóry i kolor za pomocą specjalnych komórek chromatoforu , aby przypominać tło, na którym obecnie spoczywa (a także sygnalizować ).
Głównymi mechanizmami tworzenia podobieństw opisanych przez Poultona – czy to w naturze, czy w zastosowaniach wojskowych – są cripsis , wtapiające się w tło tak, że trudno je dostrzec (dotyczy to zarówno podobieństwa specjalnego, jak i ogólnego); destrukcyjne wzornictwo , wykorzystujące kolor i wzór do rozbicia zarysu zwierzęcia, co dotyczy głównie ogólnego podobieństwa; mimesis, przypominająca inne przedmioty niespecjalnie interesujące dla obserwatora, która odnosi się do szczególnego podobieństwa; cieniowanie , wykorzystujące gradację koloru w celu stworzenia iluzji płaskości, co odnosi się głównie do ogólnego podobieństwa; i przeciwoświetlenie , wytwarzające światło pasujące do tła, zwłaszcza u niektórych gatunków kałamarnic .
Przeciwcieniowanie zostało po raz pierwszy opisane przez amerykańskiego artystę Abbotta Handersona Thayera , pioniera teorii ubarwienia zwierząt. Thayer zauważył, że podczas gdy malarz bierze płaskie płótno i używa kolorowej farby, aby stworzyć iluzję solidności, malując w cieniu, zwierzęta takie jak jelenie są często najciemniejsze na grzbiecie, stając się jaśniejsze w kierunku brzucha, tworząc (jak zauważył zoolog Hugh Cott ). złudzenie płaskości, a na tle pasującego tła niewidzialność. Spostrzeżenie Thayera „Zwierzęta są namalowane przez Naturę, najciemniej w tych częściach, które są najbardziej oświetlone światłem nieba i odwrotnie ” nazywa się Prawem Thayera .
Sygnalizacja
kolor jest szeroko stosowany do sygnalizowania u zwierząt tak różnych, jak ptaki i krewetki. Sygnalizacja obejmuje co najmniej trzy cele:
- reklama , aby zasygnalizować zdolności lub usługi innym zwierzętom, zarówno w obrębie gatunku, jak i nie
- dobór płciowy, w którym członkowie jednej płci wybierają kojarzenie się z odpowiednio ubarwionymi przedstawicielami drugiej płci, co napędza rozwój takich kolorów
- ostrzeżenie, aby zasygnalizować, że zwierzę jest szkodliwe, na przykład może użądlić, jest trujące lub ma gorzki smak. Sygnały ostrzegawcze mogą być naśladowane zgodnie z prawdą lub nieprawdziwie.
Usługi reklamowe
Kolorystyka reklamowa może sygnalizować usługi, jakie zwierzę oferuje innym zwierzętom. Mogą być z tego samego gatunku, jak w doborze płciowym , lub z różnych gatunków, jak w symbiozie oczyszczania . Sygnały, które często łączą kolor i ruch, mogą być rozumiane przez wiele różnych gatunków; na przykład stacje czyszczące krewetki koralowej Stenopus hispidus są odwiedzane przez różne gatunki ryb, a nawet przez gady, takie jak żółwie szylkretowe .
Dobór płciowy
Darwin zauważył, że samce niektórych gatunków, takich jak rajskie ptaki, bardzo się różniły od samic.
Darwin wyjaśnił takie różnice między kobietami a mężczyznami w swojej teorii doboru płciowego w swojej książce The Descent of Man . Kiedy samice zaczynają selekcjonować samce według jakiejś szczególnej cechy, takiej jak długi ogon lub kolorowy grzebień, ta cecha jest coraz bardziej podkreślana u samców. Ostatecznie wszystkie samce będą miały cechy, dla których samice wybierają płciowo, ponieważ tylko te samce mogą się rozmnażać. Ten mechanizm jest wystarczająco silny, aby stworzyć cechy, które są silnie niekorzystne dla samców w inny sposób. Na przykład niektóre samce ptaków rajskich mają serpentyny na skrzydłach lub ogonach, które są tak długie, że utrudniają lot, podczas gdy ich jaskrawe kolory mogą czynić samce bardziej podatnymi na drapieżniki. W skrajnym przypadku dobór płciowy może doprowadzić gatunki do wyginięcia, jak argumentowano w przypadku ogromnych rogów samców łosia irlandzkiego, które mogły utrudniać poruszanie się i żerowanie dojrzałym samcom.
Możliwe są różne formy doboru płciowego, w tym rywalizacja między samcami i selekcja samic przez samców.
Ostrzeżenie
Zabarwienie ostrzegawcze (aposematyzm) jest skutecznie „przeciwieństwem” kamuflażu i szczególnym przypadkiem reklamy. Jej zadaniem jest sprawienie, aby zwierzę, na przykład osa lub wąż koralowy, było wysoce widoczne dla potencjalnych drapieżników, tak aby zostało zauważone, zapamiętane, a następnie ominięte. Jak zauważa Peter Forbes: „Ludzkie znaki ostrzegawcze używają tych samych kolorów – czerwonego, żółtego, czarnego i białego – których natura używa do reklamowania niebezpiecznych stworzeń”. Kolory ostrzegawcze działają poprzez kojarzenie przez potencjalnych drapieżników z czymś, co sprawia, że kolorowe ostrzeżenie jest nieprzyjemne lub niebezpieczne. Można to osiągnąć na kilka sposobów, będąc dowolną kombinacją:
- niesmaczne, na przykład gąsienice, poczwarki i dorosłe osobniki ćmy cynoberyjskiej , monarcha i zmienny motyl kraciasty mają we krwi gorzkie w smaku substancje chemiczne. Jeden monarcha zawiera więcej niż wystarczającą ilość toksyn przypominających naparstnice , by zabić kota, podczas gdy ekstrakt z monarchy powoduje, że szpaki wymiotują.
- śmierdzący, na przykład skunks może wyrzucać płyn o długotrwałym i silnym zapachu
- agresywne i zdolne do obrony, np . borsuki .
- jadowity, na przykład osa może spowodować bolesne użądlenie, podczas gdy węże, takie jak żmija lub wąż koralowy, mogą spowodować śmiertelne ukąszenie.
Kolorystyka ostrzegawcza może odnieść sukces albo dzięki wrodzonemu zachowaniu ( instynktowi ) potencjalnego drapieżnika, albo dzięki wyuczonemu unikaniu. Każda z nich może prowadzić do różnych form mimikry. Eksperymenty pokazują, że ptaki , ssaki , jaszczurki i płazy nauczyły się unikania , ale niektóre ptaki, takie jak bogatka, mają wrodzone unikanie pewnych kolorów i wzorów, takich jak czarne i żółte paski.
Mimika
Mimikra oznacza, że jeden gatunek zwierzęcia jest wystarczająco podobny do innego gatunku, by oszukać drapieżniki. Aby ewoluować, naśladowany gatunek musi mieć ostrzegawczą barwę, ponieważ pozory gorzkiego smaku lub zagrożenia dają doborowi naturalnemu coś, nad czym można popracować. Kiedy gatunek ma niewielkie, przypadkowe podobieństwo do ostrzegawczych gatunków kolorowych, dobór naturalny może kierować jego kolory i wzory w kierunku doskonalszej mimikry. Istnieje wiele możliwych mechanizmów, z których najbardziej znane to:
- Mimikra batesowska , gdzie gatunek jadalny przypomina gatunek niesmaczny lub niebezpieczny. Najczęściej występuje u owadów, takich jak motyle . Znanym przykładem jest podobieństwo nieszkodliwych bzyków (które nie mają żądła) do pszczół .
- Mimikra Müllera , gdzie dwa lub więcej niesmacznych lub niebezpiecznych gatunków zwierząt jest do siebie podobnych. Jest to najbardziej powszechne wśród owadów, takich jak osy i pszczoły ( hymenoptera ).
Mimikra batesowska została po raz pierwszy opisana przez pioniera przyrodnika Henry'ego W. Batesa . Kiedy jadalne zwierzę drapieżne zaczyna przypominać, choćby trochę, niesmaczne zwierzę, dobór naturalny faworyzuje te osobniki, które nawet trochę bardziej przypominają niesmaczne gatunki. Dzieje się tak, ponieważ nawet niewielki stopień ochrony zmniejsza drapieżnictwo i zwiększa szansę na przetrwanie i rozmnażanie się osobnika naśladowczego. Na przykład wiele gatunków bzygowate jest ubarwionych na czarno i żółto jak pszczoły, przez co są unikane przez ptaki (i ludzi).
Mimikra Müllera została po raz pierwszy opisana przez pioniera przyrodnika Fritza Müllera . Kiedy niesmaczne zwierzę zaczyna przypominać bardziej powszechne niesmaczne zwierzę, dobór naturalny faworyzuje osobniki, które nawet nieco bardziej przypominają cel. Na przykład wiele gatunków żądlących os i pszczół jest podobnie ubarwionych na czarno i żółto. Wyjaśnienie tego mechanizmu przez Müllera było jednym z pierwszych zastosowań matematyki w biologii. Twierdził, że drapieżnik, taki jak młody ptak, musi zaatakować przynajmniej jednego owada, powiedzmy osę, aby dowiedzieć się, że czarne i żółte kolory oznaczają żądlącego owada. Gdyby pszczoły miały inny kolor, młody ptak również musiałby zaatakować jedną z nich. Ale kiedy pszczoły i osy są do siebie podobne, młody ptak wystarczy zaatakować tylko jedną z całej grupy, aby nauczyć się unikać ich wszystkich. Tak więc mniej pszczół jest atakowanych, jeśli naśladują osy; to samo dotyczy os, które naśladują pszczoły. Rezultatem jest wzajemne podobieństwo dla wzajemnej ochrony.
Roztargnienie
Przestraszyć
Niektóre zwierzęta, takie jak ćmy , modliszki i koniki polne , mają repertuar groźnych lub zaskakujących zachowań , takich jak nagłe wyświetlanie rzucających się w oczy plamek lub plam o jasnych i kontrastujących kolorach, aby odstraszyć lub chwilowo odwrócić uwagę drapieżnika. Daje to zdobyczowi możliwość ucieczki. Zachowanie jest raczej dejmatyczne (zaskakujące) niż aposematyczne, ponieważ te owady są smaczne dla drapieżników, więc kolory ostrzegawcze są blefem, a nie uczciwym sygnałem .
Oślepiający ruch
Niektóre drapieżniki, takie jak zebra, są oznaczone wzorami o wysokim kontraście, co może pomóc w zmyleniu ich drapieżników, takich jak lwy , podczas pościgu. Stwierdzono, że pogrubione paski stada biegnących zebr utrudniają drapieżnikom dokładne oszacowanie prędkości i kierunku ofiary lub identyfikację poszczególnych zwierząt, co daje zdobyczowi większą szansę na ucieczkę. Ponieważ oślepiające wzory (takie jak paski zebry) sprawiają, że zwierzęta są trudniejsze do łapania podczas ruchu, ale łatwiejsze do wykrycia, gdy są nieruchome, istnieje ewolucyjny kompromis między oślepieniem a kamuflażem . Istnieją dowody na to, że paski zebry mogą zapewnić pewną ochronę przed muchami i gryzącymi owadami.
Ochrona fizyczna
Wiele zwierząt ma w skórze , oczach i sierści ciemne pigmenty, takie jak melanina , które chronią je przed oparzeniami słonecznymi (uszkodzeniem żywych tkanek wywołanym światłem ultrafioletowym ). Innym przykładem pigmentów fotoochronnych są białka podobne do GFP w niektórych koralowcach . W niektórych meduzy , rhizostomins zostały również hipotezę, aby chronić przed uszkodzeniem ultrafioletowego.
Regulacja temperatury
Niektóre żaby, takie jak Bokermannohyla alvarengai , które wygrzewają się na słońcu, rozjaśniają kolor skóry, gdy są gorące (i ciemnieją, gdy są zimne), dzięki czemu ich skóra odbija więcej ciepła, dzięki czemu unikają przegrzania.
Przypadkowe zabarwienie
Niektóre zwierzęta ubarwiają się przypadkowo, ponieważ ich krew zawiera barwniki. Na przykład płazy, takie jak olmy żyjące w jaskiniach, mogą być w dużej mierze bezbarwne, ponieważ w tym środowisku kolor nie pełni żadnej funkcji, ale wykazują trochę czerwieni z powodu pigmentu hemu w czerwonych krwinkach, potrzebnego do przenoszenia tlenu. Mają też w skórze trochę pomarańczowej ryboflawiny . Albinosy ludzkie i osoby o jasnej karnacji mają podobny kolor z tego samego powodu.
Mechanizmy wytwarzania barwy u zwierząt
Zabarwienie zwierząt może być wynikiem dowolnej kombinacji pigmentów , chromatoforów , zabarwienia strukturalnego i bioluminescencji .
Barwienie przez pigmenty
Pigmenty to kolorowe substancje chemiczne (takie jak melanina ) w tkankach zwierzęcych. Na przykład lis polarny ma białą sierść zimą (zawiera mało pigmentu) i brązową latem (zawiera więcej pigmentu), przykład kamuflażu sezonowego ( polifenizm ). Wiele zwierząt, w tym ssaki , ptaki i płazy , nie jest w stanie syntetyzować większości pigmentów, które barwią ich futro lub pióra, innych niż brązowe lub czarne melaniny, które nadają wielu ssakom ziemskie odcienie. Na przykład jasnożółty szczygieł , zaskakująca pomarańcza młodocianej traszki czerwonoplamitej, głęboka czerwień kardynała i róż flaminga są produkowane przez barwniki karotenoidowe syntetyzowane przez rośliny. W przypadku flaminga ptak zjada różowe krewetki, które same nie są w stanie syntetyzować karotenoidów. Krewetki czerpią kolor ciała z mikroskopijnych czerwonych alg, które podobnie jak większość roślin potrafią tworzyć własne pigmenty, w tym zarówno karotenoidy, jak i (zielony) chlorofil . Zwierzęta, które jedzą zielone rośliny, nie stają się jednak zielone, ponieważ chlorofil nie przetrwa trawienia.
Zmienne zabarwienie przez chromatofory
Chromatofory to specjalne komórki zawierające pigment , które mogą zmieniać swój rozmiar, ale częściej zachowują swój pierwotny rozmiar, ale pozwalają na redystrybucję pigmentu w nich, zmieniając w ten sposób kolor i wzór zwierzęcia. Chromatofory mogą reagować na hormonalne i/lub neurobalne mechanizmy kontrolne, ale udokumentowano również najgorsze reakcje na stymulację przez światło widzialne, promieniowanie UV, temperaturę, zmiany pH, chemikalia itp. Dobrowolna kontrola chromatoforów jest znana jako metachrosis. Na przykład mątwy i kameleony mogą szybko zmieniać swój wygląd, zarówno w celu kamuflażu, jak i sygnalizacji, jak po raz pierwszy zauważył Arystoteles ponad 2000 lat temu:
Ośmiornica (...) szuka zdobyczy tak zmieniając swój kolor, aby upodobnić ją do koloru sąsiadujących z nią kamieni; robi to również, gdy jest zaniepokojony.
— Arystoteles
Kiedy mięczaki głowonogów, takie jak kalmary i mątwy, znajdują się na jasnym tle, kurczą wiele swoich chromatoforów, koncentrując pigment na mniejszym obszarze, co skutkuje wzorem maleńkich, gęstych, ale szeroko rozstawionych kropek, które wydają się jasne. Kiedy wchodzą w ciemniejsze środowisko, pozwalają swoim chromatoforom rozszerzać się, tworząc wzór większych ciemnych plam i sprawiając, że ich ciała wydają się ciemne. Płazy, takie jak żaby, mają trzy rodzaje komórek chromatoforowych w kształcie gwiazdy w osobnych warstwach skóry. Górna warstwa zawiera ' ksantofory ' z pigmentami pomarańczowymi, czerwonymi lub żółtymi; warstwa środkowa zawiera ' irydofory ' ze srebrzystym pigmentem odbijającym światło; natomiast dolna warstwa zawiera „ melanofory ” z ciemną melaniną.
Zabarwienie strukturalne
Podczas gdy wiele zwierząt nie jest w stanie zsyntetyzować pigmentów karotenoidowych w celu wytworzenia czerwonych i żółtych powierzchni, zielone i niebieskie kolory ptasich piór i pancerzy owadów zwykle nie są w ogóle wytwarzane przez pigmenty, ale przez zabarwienie strukturalne. Zabarwienie strukturalne oznacza wytwarzanie koloru przez powierzchnie o mikroskopijnej strukturze, wystarczająco delikatne, aby zakłócać światło widzialne , czasami w połączeniu z pigmentami: na przykład pióra pawich ogonów są zabarwione na brązowo, ale ich struktura sprawia, że wydają się niebieskie, turkusowe i zielone. Kolorystyka strukturalna pozwala uzyskać najbardziej jaskrawe kolory, często opalizujące . Na przykład niebiesko-zielony połysk na upierzeniu ptaków, takich jak kaczki , oraz fioletowo-niebiesko-zielono-czerwone kolory wielu chrząszczy i motyli są wynikiem ubarwienia strukturalnego. Zwierzęta używają kilku metod, aby uzyskać kolor strukturalny, jak opisano w tabeli.
Mechanizm | Struktura | Przykład |
---|---|---|
Siatka dyfrakcyjna | warstwy chityny i powietrza | Opalizujące kolory łusek skrzydeł motyla, pawich piór |
Siatka dyfrakcyjna | drzewiaste tablice chityny | Łuski ze skrzydeł motyla Morpho |
Lustra selektywne | dołeczki wielkości mikronów wyłożone warstwami chityny | Papilio palinurus , szmaragdowe łuski motyla paziowatych |
Kryształy fotoniczne | tablice otworów o rozmiarach nano | Łuski ze skrzydeł motyla Cattleheart |
Włókna kryształowe | sześciokątne szyki pustych nanowłókien | Afrodita , kolce myszy morskiej |
Zdeformowane macierze | losowe nanokanały w gąbczastej keratynie | Rozproszony nieopalizujący niebieski Ara ararauna , niebiesko-żółta ara |
Białka odwracalne | białka odbijające sterowane ładunkiem elektrycznym | Komórki irydoforowe w skórze kałamarnicy Doryteuthis pealeii |
Bioluminescencja
Bioluminescencja jest wytwarzanie światła , takie jak przez photophores zwierząt morskich, a ogony świecące robaki i świetliki . Bioluminescencja, podobnie jak inne formy metabolizmu , uwalnia energię pochodzącą z energii chemicznej pożywienia. Pigment, lucyferyna, jest katalizowana przez enzym lucyferazę, aby reagować z tlenem, uwalniając światło. Galaretki grzebieniowe, takie jak Euplokamis, są bioluminescencyjne, wytwarzając niebieskie i zielone światło, szczególnie pod wpływem stresu; gdy są zaniepokojone, wydzielają atrament, który mieni się tymi samymi kolorami. Ponieważ galaretki grzebieniowe nie są bardzo wrażliwe na światło, jest mało prawdopodobne, aby ich bioluminescencja była wykorzystywana do sygnalizowania innym członkom tego samego gatunku (np. do przyciągania partnerów lub odpychania rywali); bardziej prawdopodobne, że światło pomaga odwrócić uwagę drapieżników lub pasożytów. Niektóre gatunki kałamarnic mają organy wytwarzające światło ( fotofory ) rozproszone na całym ich spodzie, które tworzą iskrzącą się poświatę. Zapewnia to kamuflaż przeciw-oświetleniowy , zapobiegając pojawianiu się zwierzęcia jako ciemnego kształtu, gdy patrzy się z dołu. Niektóre żabnice z głębin morskich, gdzie jest zbyt ciemno, aby polować na wzrok, zawierają symbiotyczne bakterie w „przynęcie” na swoich „wędkach”. Emitują one światło, aby przyciągnąć zdobycz.
Zobacz też
- Albinizm w biologii
- Chromatofor
- Kolory i wzory sierści psa
- Genetyka sierści kota
- Oszustwo u zwierząt
- Koński kolor sierści
- Genetyka koloru sierści koni
- Deresz (kolor)
- Ubarwienie ryb
Bibliografia
Źródła
- Cott, Hugh Bamford (1940). Adaptacyjne ubarwienie zwierząt . Metuen, Londyn.
- Forbes, Piotr (2009). Dazzled and Deceived: Mimikra i kamuflaż . Yale, New Haven i Londyn. ISBN 0300178964
Zewnętrzne linki
- Wydanie tematyczne „Ubarwienie zwierząt: produkcja, percepcja, funkcja i zastosowanie” (Royal Society)
- NatureWorks: Koloryzacja (dla dzieci i nauczycieli)
- HowStuffWorks: Jak działa kamuflaż zwierzęcy
- University of British Columbia: Sexual Selection (wykład dla studentów zoologii)
- Paleta Natury: Jak zwierzęta, w tym ludzie, wytwarzają kolory