Берндт Хайнрих - Зима: Секреты выживания растений и животных в самое суровое время года

Чем больше скопление бабочек, тем меньше отдельная особь рискует попасться хищнику. Однако главная причина, по которой эти насекомые используют для зимовки определенные места, состоит в том, что здесь можно поддерживать низкую температуру тела, необходимую, чтобы сохранять энергетический баланс на протяжении трех месяцев, которые бабочка проводит в покое фактически без пищи (Masters, Malcolm, Brower, 1988). В среднем запасов жиров в теле бабочки на момент, когда она попадает на место зимовки, хватает примерно на 90 дней при температуре 15 °C (там же). Если бы температура тела у бабочек в состоянии покоя составляла 30 °C, из-за скорости метаболизма насекомые исчерпали бы жировые запасы меньше чем за десять дней. Кроме того, скорее всего, бабочки оказались бы обезвожены.

Также важно отметить, что миграционное поведение – беспокойство, направление полета, а также, возможно, его продолжительность и конечная точка – развивалось в эволюции. Бабочки не остаются просто в первом попавшемся прохладном месте, ведь там может стать жарко или слишком холодно. Они опираются на генетический , длительный родовой опыт. Поэтому и важны определенные места зимовки, надежность которых испытали предыдущие поколения.

К февралю, когда дни становятся длиннее и продолжительность светового дня переходит критическое для бабочек значение в 11,3 часа, находящиеся в оцепенении насекомые могут снова стать способными к размножению. Конечно, 11,3 часа – это не какое-то волшебное число в сфере размножения – ни для кого, кроме данаиды монарха. Как и место зимовки, этот конкретный промежуток времени отражает сложившуюся в эволюции «память рода». Эволюционная история данного вида показала, что приготовиться к возвращению к активности лучше всего именно при этой длительности светового дня. Бабочки ощущают, что она достигнута, а затем просто ждут следующего сигнала – температурного. Повышение температуры запускает в колонии мощную реакцию спаривания (Brower et al., 1977). После спаривания (еще один сигнал) самки мигрируют в северо-восточном направлении, возвращаясь в США и на юг Канады. В пути они реагируют на запах ваточника, который побуждает их откладывать на молодые растения зеленые яйца.

Долгое время ученые спорили, колонизирует ли всю восточную часть ареала первое весеннее поколение данаиды монарха, покинувшее место зимовки в Мексике, или на север бабочки продвигаются постепенно, за несколько поколений. С помощью веществ-карденолидов, которые содержатся в ваточнике (на человека они действуют усыпляюще и токсичны для сердечно-сосудистой системы), удалось выяснить: данаида монарх добирается до самых северных районов размножения, сменив до четырех поколений.

Чтобы получить этот ответ, ученые воспользовались тем, что у разных популяций ваточника разный набор карденолидов, которые химически отличаются друг от друга. Данаида монарх поглощает эти яды на стадии гусеницы, затем они хранятся в куколке и передаются взрослой бабочке, чтобы служить химической защитой от хищников. Если выделить эти вещества из тела бабочки, можно получить химический «отпечаток пальца» и сравнить его с веществами в ваточниках разных мест. Например, у зимующих бабочек в Мексике и особей на первом этапе миграции (в марте и апреле) обнаружили карденолиды, которых нет в мексиканских ваточниках и в растениях на юге США. По этому биохимическому следу можно понять, что зимующие и мигрирующие в начале весны данаиды монархи получились из гусениц, которые выросли предыдущим летом на севере США и в Канаде. И наоборот, у бабочек, собранных в мае и июне в Северной Дакоте, карденолиды соответствовали веществам из ваточников, которые растут только на юге США.

Теперь я каждую осень охотно и с восторгом наблюдаю за данаидами монархами, самыми выдающимися из мигрирующих насекомых США. В октябре красивые оранжево-черные полосатые бабочки, лениво взмахивая крыльями, плывут над солнечными полями, лесами и озерами, и хотя летят по одной, но все неизменно движутся в южном направлении. По вечерам они останавливаются, собираясь на сиреневых американских астрах, сосут их нектар, а утром греются на солнце, дрожат, поднимаются в воздух и продолжают свой путь.

Особей бабочки, помеченных осенью в Канаде, находили на тысячи километров южнее. К зиме основная часть восточной популяции успевает обосноваться в зимней горной резиденции возле Мехико, где до насекомых побывали их прапрабабушки и прапрадедушки. Они тратят неимоверное количество энергии, не зная, куда летят, чтобы попасть туда, где никогда не были. Бабочки тоннами повисают на деревьях, так что те, переливаясь оранжевым, образуют интересное зрелище.

Вопрос на миллион долларов: зачем данаидам монархам это нужно? Почему бы просто не остаться на севере для гибернации, как делает большинство бабочек? Как обычно, когда вопрос связан с историей, простого ответа нет: в истории, и особенно в эволюции, никогда не бывает, чтобы действовал один фактор, больше ни с чем не связанный.

Данаида монарх относится к семейству данаид (Danaidae) [37], тропической группе насекомых. Родственники этих бабочек живут в тропических долинах Новой Гвинеи, а также встречаются в американских тропиках. Предполагается, что предки современной данаиды монарха, Danaus plexippus, тоже были приспособлены к тропическому климату. Как и большинство бабочек, они предрасположены расселяться, когда кончается пища для личинок. Поскольку бабочки не могут пережить температуру замерзания, возникло сильное давление отбора, благодаря которому они стали распространяться не в случайном, а в определенном направлении: многие особи двигались не в ту сторону, но не оставили потомства, чтобы передать ему свои черты. Выжили только те, кому повезло отправиться на юг. Так в эволюции возникло и закрепилось определенное направление, а затем и место назначения.

По мере того как бабочки начали распространяться в определенном направлении, данаидам монархам пришлось столкнуться с другой проблемой. При ежегодной миграции по южным маршрутам им нужно было пересекать жаркие сухие области мексиканских пустынь. Здесь мощным летунам было практически негде подкрепиться, и в связи с долгим перерывом в питании они должны были испытывать на себе большое давление отбора в плане сохранения энергии. Вероятно, некоторые особи отчасти случайно оказались в горах, – возможно, туда их унесли тропические восходящие потоки воздуха. Однажды я видел скопления насекомых на горе Меру в Танзании, причем все они были в оцепенении. Прохладный горный воздух до такой степени понизил у них уровень расходования энергии, что они даже не могли летать. Они оказались как будто в охлаждаемом хранилище, которое заодно обеспечивает отсрочку от необходимости в питании до того момента, как насекомые снова согреются.