Введение

Апозематизм - это реклама животного, будь то наземное или морское, потенциальным хищникам, что его не стоит атаковать или есть. Эта нерентабельность может состоять из любых защитных средств, которые затрудняют убийство и поедание добычи, таких как токсичность, яд, неприятный вкус или запах, острые шипы или агрессивный характер. Эти рекламные сигналы могут принимать форму заметных цветов, звуков, запахов или других воспринимаемых характеристик. Апозематические сигналы полезны как для хищника, так и для добычи, поскольку оба они предотвращают потенциальный вред. Термин был придуман в 1877 году Эдвардом Багналом Пултоном Таким образом, чем ярче и заметнее организм, тем более токсичен он обычно. Это в отличие от дематических дисплеев, которые пытаются напугать хищника угрожающим внешним видом, но блефуют, не поддерживаемые никакой сильной защитой. Наиболее распространенными и эффективными цветами являются красный, желтый, черный и белый. Эти цвета обеспечивают сильный контраст с зеленой листвой, сопротивляются изменениям тени и освещения, имеют высокую хроматичность и обеспечивают камуфляж, зависящий от расстояния. Предупреждающий окрас развивается в ответ на фон, световые условия и зрение хищника. Видимые сигналы могут сопровождаться запахами, звуками или поведением, чтобы обеспечить многомодальный сигнал, который более эффективно обнаруживается хищниками. Неприятность вкуса, в широком смысле, может быть создана различными способами. Некоторые насекомые, такие как куничка или тигровая моль, содержат химические вещества с горьким вкусом, в то время как скунс производит вредный запах, а ядовитые железы ядовитой лягушки, укус бархатного муравья или нейротоксин в пауке-черной вдове делают их опасными или болезненными для атаки. Тигровые мотыльки рекламируют свою неприятность, производя ультразвуковые звуки, которые предупреждают летучих мышей об их избежании. Среди млекопитающих хищников можно отговорить, когда меньшее животное агрессивно и способно защищаться, например, у медовых барсуков.

В наземных экосистемах

Апозематизм широко распространен у насекомых, но менее распространен у позвоночных, в основном ограничиваясь меньшим количеством видов рептилий, амфибий и рыб, а также некоторыми неприятными запахами или агрессивными млекопитающими. В их число могут входить и питогуи, красные и черные птицы, чьи ядовитые перья и кожа, по-видимому, получены от ядовитых жуков, которых они поглощают. Было высказано предположение, что апосематизм играл роль в эволюции человека, запах тела несет предупреждение хищникам крупных гомининов, способных защитить себя оружием. Возможно, самыми многочисленными апосематическими позвоночными являются ядовитые стрелковые лягушки (семейство: Dendrobatidae). Эти неотропические анурановые амфибии имеют широкий спектр окраски и токсичности. Некоторые виды этого семейства ядовитых лягушек (особенно дендробаты, эпипедобаты и филлобаты) ярко окрашены и содержат один из самых токсичных алкалоидов среди всех живых видов. Хотя эти лягушки имеют широкий спектр окраски и токсичности, между видами очень мало генетических различий. Многие насекомые, например гусеницы мотыльки, получают токсичные химические вещества из растений-хозяев. Скунки и зориллы, которые являются млекопитающими, демонстрируют свою неприятную химическую защиту яркими контрастными черно-белыми узорами на шерсти, в то время как барсук и медный барсук с похожими узорами демонстрируют свои острые когти, мощные челюсти и агрессивную природу. Некоторые ярко окрашенные птицы, такие как пассарины с контрастными узорами, также могут быть апосематичными, по крайней мере у самок; но поскольку самцы птиц часто ярко окрашены в результате полового отбора, и их окраска не коррелирует с съедобностью, неясно, является ли апосематизм значительным. Звук, издаваемый гремучей змеей, является акустической формой апозематизма. Производство звука гусеницей мотыльки Полифемуса, Antheraea polyphemus, может аналогично быть акустическим апосематизмом, связанным и предшествующим химической защитой. Подобные акустические защитные механизмы существуют у ряда гусениц Bombycoidea.

Поведение

Механизм защиты основан на памяти о том, что это будет хищник; птица, которая однажды испытывала неприятный вкус саранчи, будет стараться избежать повторения этого опыта. В результате апосематические виды часто общительны. Прежде чем память о плохом опыте ослабевает, хищник может усилить этот опыт путем повторения. Апосематические организмы часто медленно двигаются, так как им мало нужны скорость и ловкость. Вместо этого их морфология часто прочная и устойчива к повреждениям, что позволяет им бежать, как только хищник предупрежден. Апозематическим видам не нужно прятаться или оставаться на месте, как это делают загадочные организмы, поэтому апозематические особи пользуются большей свободой в открытых областях и могут проводить больше времени в поисках пищи, что позволяет им находить больше и более качественной пищи. Они могут использовать заметные брачные сигналы, включая голосовые сигналы, которые затем могут развиваться через половой отбор.

Уоллес, 1867 год

В письме Альфреду Расселу Уоллесу от 23 февраля 1867 года Чарльз Дарвин писал: "В понедельник вечером я позвонил Бейтсу и поставил перед ним проблему, на которую он не смог ответить, и как и в некоторых предыдущих подобных случаях, его первым предложением было: "Лучше спросите Уоллеса". Моя проблема в том, почему гусеницы иногда так красиво и художественно окрашены?" Дарвин был озадачен, потому что его теория полового отбора (когда самки выбирают себе партнёров, основываясь на том, насколько они привлекательны) не могла применяться к гусеницам, поскольку они незрелые и, следовательно, не сексуально активны. Уоллес ответил на следующий день с предложением, что, поскольку некоторые гусеницы "защищены неприятным вкусом или запахом, для них было бы положительным преимуществом никогда не ошибаться ни с одной из приятных гусениц [sic], потому что небольшая рана, такая как, например, вызванная укусом птичьего клюва, почти всегда убивает растущий. Поэтому любой яркий и заметный цвет, который бы явно отличал их от коричневого и зеленого съедобного, позволил бы птицам легко распознать их как вид, непригодный для пищи, и таким образом они избежали бы захвата, который так же плох, как и съеденный ". Поскольку Дарвин был в восторге от этой идеи, Уоллес попросил Лондонское энтомологическое общество проверить гипотезу. В ответ на это энтомолог Джон Дженнер Уир провел эксперименты с гусеницами и птицами в своем волье, и в 1869 году он предоставил первые экспериментальные доказательства предупреждающего окраса у животных. Эволюция апосематизма удивила натуралистов 19-го века, потому что вероятность его установления в популяции считалась низкой, поскольку заметный сигнал предполагал более высокий шанс хищничества.

Пултон, 1890 год

Первое издание "Цвета животных" Эдварда Багналла Пултона, 1890 г., вводит ряд новых терминов для окрашивания животных, включая "апозематический". Уоллес ввел термин "предупреждающие цвета" в статье о окраске животных в 1877 году. В 1890 году Эдвард Багналл Пултон переименовал понятие апосематизм в своей книге "Цвета животных". Он описал происхождение термина следующим образом:

Эволюция

Апозематизм парадоксален в эволюционном плане, поскольку он делает индивидуумов заметными для хищников, поэтому их могут убить, и черта устранена, прежде чем хищники научатся избегать ее. Если предупреждающая окраска ставит первых особей в такое невыгодное положение, то она никогда не будет сохраняться в этом виде достаточно долго, чтобы стать полезной.

Поддерживаемые объяснения

Существуют доказательства объяснений, связанных с диетическим консерватизмом, в котором хищники избегают новой добычи, потому что это неизвестное количество; это длительный эффект. Консервативность в питании была продемонстрирована экспериментально у некоторых видов птиц и рыб. Кроме того, птицы запоминают и избегают предметов, которые одновременно заметны и имеют неприятный вкус, дольше, чем предметы, которые имеют такой же неприятный вкус, но загадочно окрашены. Это говорит о том, что первоначальная точка зрения Уоллеса, что предупреждающая окраска помогла научить хищников избегать добычи, окрашенной таким образом, была правильной. Однако некоторые птицы (неопытные скорпионы и домашние птенцы) также врожденно избегают заметно окрашенных предметов, как это было продемонстрировано с использованием мучных червей, окрашенных в желтый и черный цвета, чтобы напоминать осей, с тусклыми зелеными контрольными элементами. Это означает, что предупреждающее окрашивание работает, по крайней мере, частично, стимулируя эволюцию хищников кодировать значение предупреждающего сигнала, а не требуя от каждого нового поколения узнать значение сигнала.

Альтернативные гипотезы

Есть и другие объяснения. Хищники могут врожденно бояться незнакомых форм (неофобия) достаточно долго, чтобы они утвердились, но это, вероятно, будет только временным. В качестве альтернативы, хищники могут быть достаточно общительными, чтобы сформировать скопления, достаточно тесные, чтобы усилить предупредительный сигнал. Если вид уже был неприятным, хищники могли бы научиться избегать кластера, защищая общительных особей с новой апосематической чертой. Общительность помогла бы хищникам научиться избегать неприятной, общительной добычи. Апозематизм может также быть предпочтительным в плотных популяциях, даже если они не общительны. Если это так, хищники научатся связывать цвет с неприятностью от самцов с этой чертой, в то время как гетерозиготные самки несут черту, пока она не станет общей и хищники не поймут сигнал. Дальнейшее объяснение заключается в том, что самки могут предпочитать более ярких самцов, поэтому половой отбор может привести к тому, что апосематические самцы имеют более высокий репродуктивный успех, чем не апосематические самцы, если они могут выжить достаточно долго, чтобы спариваться. Половой отбор достаточно силен, чтобы позволить, казалось бы, неадаптивным чертам сохраняться, несмотря на другие факторы, работающие против черты. Если бы популяция апосематических особей все происходила от тех же немногих особей, процесс обучения хищника привел бы к более сильному предупредительному сигналу для выживших родственников, что привело бы к более высокой инклюзивной пригодности для мертвых или раненых особей посредством отбора родственников. Теория эволюции апосематизма утверждает, что она возникает путем взаимного отбора между хищниками и добычей, где отличительные черты добычи, которые могут быть визуальными или химическими, выбираются недискриминационными хищниками, и где одновременно хищники избегают отличительной добычи. Конкурентная взаимная селекция (CRS) может повлечь за собой обучение хищников или может привести к невыученному избеганию ими. Апозематизм, возникающий из CRS, действует без особых условий общительности или родства добычи, и он не зависит от отбора образцов добычи хищниками, чтобы узнать, что апозематические сигналы связаны с неприятностью или другими невыгодными особенностями.

Мимика

Апозематизм является достаточно успешной стратегией, которая оказала значительное влияние на эволюцию как апозематических, так и не апозематических видов. Неапозематические виды часто эволюционировали, чтобы имитировать заметные отметины своих апозематических коллег. Например, шершня - обманчивая мимика желторубочки; она похожа на оса, но не имеет жалости. Хищник, избегающий осли, в какой-то степени избегает и мотылька. Это называется "мимикрией Бейтса" в честь Генри Уолтера Бейтса, британского натуралиста, который изучал амазонских бабочек во второй половине XIX века. Мимикация Батеса зависит от частоты: она наиболее эффективна, когда соотношение мимика к модели низкое; в противном случае хищники будут слишком часто сталкиваться с мимиком. Вторая форма мимикрии возникает, когда два апосематических организма имеют одинаковую адаптацию против хищника и не обманчиво имитируют друг друга, в интересах обоих видов, поскольку меньше особей любого вида нужно атаковать, чтобы хищники научились избегать обоих. Эта форма мимикрии известна как муллеровская мимикрия, в честь Фрица Мюллера, немецкого натуралиста, который изучал это явление в Амазонии в конце 19-го века. Многие виды пчел и ос, которые встречаются вместе, являются муллиеровскими мимиками. Похожий цвет говорит хищникам, что полосатый рисунок - это знак укуса. Поэтому хищник, который имел негативный опыт с любым из таких видов, скорее всего, избежит любых, которые похожи на него в будущем. Мюллеровская мимика встречается у позвоночных, таких как мимическая ядовитая лягушка (Ranitomeya imitator), у которой есть несколько морфов по всему своему естественному географическому ареалу, каждый из которых очень похож на разные виды ядовитых лягушек, которые живут в этой области.