Дело не в носу, а в глазах: зачем северным оленям видеть ультрафиолет
Глядя на некоторых животных, невольно задумываешься о том, что их нынешний внешний вид, гастрономические предпочтения и физиологические/поведенческие особенности являются результатом долгой и кропотливой работы эволюции. Логика того или иного эволюционного приспособления чаще всего очевидна и понятна, но порой животные способны удивлять своими необычными характеристиками. Подобное можно сказать и про северных оленей, которые являются единственными млекопитающими с меняющим цвет тапетумом и единственными жвачными животными, в рационе которых преобладают лишайники. Еще более странной особенностью является способность их глаз пропускать до 60% ультрафиолета. Ученые из Дартмутского колледжа (Гановер, США) решили ответить на вопрос — почему северные олени видят в ультрафиолете. Что им удалось выяснить в ходе исследования, мы узнаем из доклада ученых.
Основа исследования
В Шотландском нагорье произрастает невероятное разнообразие лишайников, но найти Cladonia rangiferina (кладония оленья) в марте непросто. Задача усложняется еще и тем фактом, что данный лишайник обладает беловатым оттенком и издалека напоминает снег. Лишайники далеки от идеального продукта питания, но именно они являются жизненно необходимой частью рациона оленей. И если человеческому зрению сложно их заметить на фоне снега и гранита, то у оленей с поисками лишайников проблем нет.
Изображение №1
Северные олени — единственные млекопитающие, у которых есть меняющий цвет тапетум (Tapetum lucidum) — ткань сетчатки, отвечающая за «блеск глаз». Эта зеркальная ткань отражает свет, попадающий в сетчатку, давая фоторецепторам вторую возможность захвата фотонов. Данная особенность является весьма распространенной среди животных, активность которых преобладает в ночное время суток, поскольку повышает зрительную чувствительность при тусклом свете, но цвет отраженного света обычно постоянен. Однако у северных оленей тапетум меняется сезонно: от типичного для млекопитающих золотистого оттенка в летние месяцы до ярко-синего в зимние (1a). Значение этой пластичности неясно, но отражательная способность зимнего тапетума распространяется и на ультрафиолетовый диапазон (1b), что, по-видимому, связано с другой загадкой глаз северного оленя — их роговицей и хрусталиком.
Обычно эти ткани блокируют УФ-излучение, защищая глаза млекопитающих, ведущих дневной образ жизни. А вот у северных оленей они пропускают до 60% УФ-излучения, чего достаточно для возбуждения колбочек, отвечающих за цветовое зрение.
Снег обладает высокой отражающей способностью, а ультрафиолет, отраженный снегом, может негативно воздействовать на глаза, вызывая фотокератит (снежная слепота) с симптомами, варьирующимися от дискомфорта до временной потери зрения. Зная это, можно предположить, что у дневных арктических млекопитающих будут глаза, которые фильтруют, а не пропускают ультрафиолетовый свет. Чрезмерное воздействие ультрафиолета может объяснить, почему катаракта распространена среди домашних северных оленей, но не отсутствие фотокератита, который намекает на фотозащитные механизмы в глазах, такие как активация аскорбиновой кислоты.
Недавно исследователи сосредоточили внимание на фиолетово-синем цвете сумерек, известном среди фотографов как «синий час». Насыщенное кобальтовое небо создается, когда заходящий солнечный свет проходит через более толстую полосу атмосферы, которая избирательно ослабляет зеленоватые длины волн (изображение №1). Обычно это явление протекает весьма быстро, но для обитателей широт выше 70° сумерки длятся от 8 до 11 часов каждый день с сентября по апрель.
Сопоставление цветов сумеречного тапетума предсказывает улучшение зрения при тусклом свете, включая распознавание цвета в ультрафиолетовом свете. Это наталкивает на гипотезу о том, что подобная зрительная способность связана с обнаружением волков, поглощающих ультрафиолетовое излучение, на фоне снега, отражающего ультрафиолетовое излучение. Белые волки хорошо маскируются на белых ландшафтах, если добыча не чувствительна к ультрафиолетовому излучению. Это привлекательная гипотеза, но волки в арктических средах обитания питаются различными видами копытных — лосями (Alces alces), овцебыками (Ovibos moschatus), косулями (Capreolus capreolus), — что предполагает аналогичное избирательное эволюционное давление на их зрительные системы. Тем не менее вышеперечисленные виды не обладают таким же зрением, как северные олени, а потому гипотеза с волками становится менее реалистичной.
Изображение №2
В отличие от всех других видов жвачных животных, олени пасутся на лишайниках, особенно зимой. Идея о том, что северные олени используют ультрафиолетовое зрение для обнаружения растительности среди снега, была высказана почти десять лет назад, когда были получены доказательства того, что сосудистые растения, но не лишайники, визуально различаются на снегу. Однако авторы исследовали офиопарму — плоский, сухой, растущий на камнях лишайник, который не поедается северными оленями. Очень разнообразные по цвету и форме, лишайники различаются по своей склонности отражать ультрафиолетовый свет (изображение №2), и этот факт побудил ученых изучить Cladonia rangiferina, подчеркивающий его экологическую связь с северным оленем (Rangifer tarandus).
Изображение №3
Кладония — кустарниковый наземный таксон, образующий густые заросли. Зимой олени обнажают их путем рытья — процесса, который ускоряет таяние снега и ухудшает видимость зимних ландшафтов (1a). Визуально отличить бледные пласты кладонии от участков весеннего таяния снега порой довольно сложно, но спектральные данные подчеркивают значение цветовой дискриминации между 330 и 370 нм (изображение №3), длинами волн УФ-излучения, которые соответствуют вторичному пику сумеречной освещенности (1b). В целом, данное ограниченное исследование лишайников предполагает наличие хроматической заметности для глаз северного оленя в сумерках.
Связь визуальной чувствительности к ультрафиолетовому излучению с экологией питания поднимает волнующие вопросы о том, как кладония может одновременно защищать глаза северных оленей от повреждения ультрафиолетом. Кладония обладает впечатляющими антиоксидантными свойствами, а ее сочетание с другими любимыми продуктами питания оленей, а именно с почками и листьями арктической ивы (Salix arctica) и карликовой березы (Betula nana), оба из которых обладают высокими уровнями витамина С, могут обеспечить разнообразный набор защитных мер.
Традиция оставлять вкусные угощения для Санта Клауса и его оленей имеет множество вариаций: в США это печенье и молоко, в Англии — мясной пирог и молоко, а в Испании — апельсины и морковь. Подводя итоги своего исследования, ученые отмечают, что идеальным лакомством для северных оленей был бы апельсиновый сок и морковь.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Эпилог
В рассмотренном нами сегодня труде ученые уделили внимание северным оленям, а именно их необычному зрению. Будучи дневными млекопитающими, олени обладают способностью улавливать ультрафиолет, что очень помогает им в поисках пищи. Главным блюдом в рационе северных оленей являются лишайники, которые сложно отличить от снега невооруженным взглядом из-за их природного окраса. Однако, лишайники поглощают ультрафиолет, в отличие от снега, который его отражает. В результате олени буквально видят сияющие пятна лишайников даже в сумеречные часы суток.
Данное исследование не только показывает удивительную приспособленность северных оленей к среде их обитания, но и демонстрирует факт того, что эволюция способна найти решение практически любой проблемы биологического вида, одарив его невероятной особенностью.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5–2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5–2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4×960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5–2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2×960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5–2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
