Двойные глаза летающих насекомых

С фотографии на нас смотрит своими двойными глазами самец подёнки Cloeon.

С фотографии на нас смотрит своими двойными глазами самец подёнки Cloeon. Верхняя часть этих глаз, напоминающая тюрбан или башенку, предназначена для поиска самок на фоне сумеречного неба. Похожим приспособлением независимо друг от друга обзавелись самые разные летающие насекомые, которым нужно распознавать над собой мелкие быстро движущиеся объекты.

Самыми известными обладателями двойных глаз среди насекомых являются, пожалуй, вертячки (Gyrinidae). Часть глаза, находящаяся на нижней стороне головы, позволяет этим водоплавающим жукам наблюдать за тем, что происходит под водой, а верхняя половина предназначена для мониторинга воздушной среды, откуда им приходится ждать нападения хищников. Но двойные глаза встречаются и у насекомых, образ жизни которых во взрослом состоянии (имаго) никак не связан с водой.

Двойные глаза водных жуков-вертячек (Gyrinidae). Фото © John Hallmén с сайта flickr.com/photos/johnhallmen

Самые экстремальные примеры раздвоенности глаз среди сухопутных насекомых можно найти у подёнок из обычного в наших широтах семейства Baetidae — к нему относится вышеупомянутый род Cloeon. Массовый вылет этих крошек становится настоящим пиршеством для рыбы. Если поймать несколько особей и присмотреться к ним повнимательнее, то можно заметить, что у самцов глаза состоят из двух резко обособленных частей, тогда как глаза самок не представляют из себя ничего примечательного.

Зачем самцам подёнок понадобились удваивать глаза? Австралийские специалисты в 1970-е годы дали убедительный ответ на этот вопрос. Правда, работали они не с нашими Baetidae, а с австралийскими тонкожилковыми подёнками (это другое семейство — Leptophlebiidae), у которых самцы также отличаются «четырехглазостью». Ученые показали, что зрительный пигмент верхней части подёночного глаза чувствителен исключительно к ультрафиолету, ну а сами верхние фасетки увеличены по сравнению с фасетками нижней половины.

В сумерках и на рассвете — как раз тогда, когда происходит лет подёнок, — общая интенсивность солнечного света низкая, но доля ультрафиолета в нем высока. Поэтому ультрафиолетовое зрение особенно благоприятно для поиска проносящихся сверху самок (напомним, что имаго этих насекомых утрачивают способность к питанию и существуют только для размножения). Именно под эту цель у самцов подёнок и зарезервирована верхняя часть глаза, нижняя же его часть сохраняет свои обычные функции.

Похожая картинка наблюдается и у самцов некоторых двукрылых — например, у кровососущих мошек (Simuliidae) и безобидных толстоножек (Bibionidae). И те, и другие в брачный период роятся, подыскивая себе партнершу в воздухе. Правда, у самцов мошек верхняя половина глаза резко не отделена от нижней, но она тоже включает в себя крупные фасетки и зрительный пигмент, чувствительный к коротковолновому свету с длиной волны в диапазоне от 370 до 520 нм, то есть к ультрафиолету и голубому свету. Нижняя часть самцового глаза состоит из мелких фасеток и аналогична глазам самки.

Глаза самца мошки Simuliidae, на фотографии виден также прицепившийся к нему клещ. Фото © Tomas Rak с сайта flickr.com/photos/29369066@N05/

У самцов толстоножек верхняя крупнофасеточная часть глаза отделена от нижней резкой границей, но в остальном никакой разницы с мошками нет. Кстати, у трутней (самцов обыкновенной медоносной пчелы) наблюдается аналогичный феномен: верхняя часть глаза, пусть внешне и не отделенная от нижней, чувствительна только к коротковолновому голубому свету. Как и в случае двукрылых и подёнок, трутням приходится решать ту же задачу — высматривать летящих пчелиных маток на фоне голубого неба. Верхняя часть глаз, работающая исключительно в коротковолновом диапазоне, существенно облегчает эту задачу, повышая контрастность изображения и скрадывая ненужные детали.

Глаза самца мухи-толстоножки Bibio (Bibionidae). Фото © John Hallmén с сайта flickr.com/photos/johnhallmen

Высокая чувствительность верхней части глаза достигается как за счет крупных фасеток, так и за счет удлинения расположенных под ними омматидиев (так называются структурные единицы сложного глаза насекомых, куда входят клетки сетчатки). У мошек омматидии верхней части глаза в пять раз длиннее, чем в нижней, и соответственно улавливают больше квантов света в единицу времени. У трутней благодаря удлиненным омматидиям в верхней части глаза зрение по контрастности в два раза превосходит зрение рабочих пчел.

Но польза двойных глаз не сводится к задачам размножения, ведь обыкновение быстро проноситься в небе имеет не только противоположный пол, но и потенциальная добыча. Вот почему для многих стрекоз — воздушных хищников номер один — также характерна функциональная четырехглазость. Верхняя половина глаз стрекоз сложена крупными фасетками и омматидиями поистине запредельной длины (свыше 1 мм!). Родопсин в этих омматидиях чувствителен только к голубому свету и частично к ультрафиолету (диапазон чувствительности — 350–520 нм). Напротив, нижняя половина стрекозиных глаз воспринимает куда более широкий диапазон световых волн, от ультрафиолета до желтого света (350–650 нм).

Глаза стрекозы Celithemis из семейства Libellulidae. Фото с сайта benkolstad.net

Наконец, среди отряда сетчатокрылых имеются двойники стрекоз — аскалафы, или булавоуски (семейство Ascalaphidae), близкие родичи муравьиных львов. Их можно узнать по утолщениям на концах длинных антенн. Также как и стрекозы, аскалафиды являются отличными летунами и хватают добычу в воздухе. Поэтому неудивительно, что и они не забыли обзавестись двойными глазами (правда, не все, а только представители подсемейства Ascalaphinae).

Глаза сетчатокрылого насекомого Deleproctophylla из семейства Ascalaphidae. Фото © Nikola Rahmé с сайта flickr.com/photos/eurythyrea

Зрительный пигмент верхней половины глаз аскалафид потерял чувствительность даже к голубому свету и работает лишь в ультрафиолетовом диапазоне. В этом режиме на небе не видны даже очертания облаков, что еще сильнее усиливает контрастность. Небо в ультрафиолете представляется полностью однородным, так что черные точки — проносящиеся сверху насекомые — заметны на его фоне особенно хорошо. Кстати, многие виды аскалафид предпочитают охотиться в сумерках, когда, как уже было сказано, ультрафиолета в процентном отношении особенно много, но другие активны и при свете дня. Это же можно сказать и про стрекоз.

Подводя итоги, можно сказать, что двойные глаза наземных насекомых — это замечательный пример конвергентной эволюции. У самых разных групп, от таких примитивных, как подёнки, до таких продвинутых, как пчелы, глаза видоизменялись одинаковым образом, когда перед ними вставала одна и та же задача — как различать партнеров или жертв на фоне неба. Во всех случаях диапазон света, воспринимаемого верхней частью глаз, смещался в коротковолновую область, что сопровождалось одинаковыми морфологическими изменениями вроде укрупнения фасеток и удлинения омматидиев. Фактически, у всех этих насекомых возникла дополнительная верхняя пара глаз с узкоспециальной функцией.