Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Своя работа» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

---

Партнер номинации — Российский научный фонд.

---

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

---

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Цветочные пауки и их особенности

Одной из примечательных особенностей некоторых пауков, или арахнид (от латинского названия класса — Arachnida), является способность подражать различным природным объектам, сливаться с фоном. Довольно часто их окраска позволяет маскироваться на растениях среди цветов. Это дает возможность оставаться незамеченными как для хищников, так и для жертв во время охоты. Они неподвижно располагаются на цветках или под ними и поджидают свою добычу. Это так называемые хищники-засадники. Однако необходимо добавить, что на близком расстоянии пауки довольно заметны [1].

Представителей семейства Thomisidae по-русски так и называют цветочными пауками, поскольку они сидят в засаде на цветках, обычно сливаясь с ними по цвету. Самое удивительное, что у цветочных пауков одного вида бываeт разная окраска, и по-разному окрашенные пауки стараются выбрать подходящий фон. Как это происходит, неизвестно. Полагают, что цветочные пауки способны различать цвета [2]. Доказательством того может служить способность паука вида Misumena vatia изменять свой цвет в зависимости от цветка, на котором он располагается (считается, что этот процесс протекает с участием зрительных сигналов) [3–8]. Стоит подчеркнуть, что определенные виды демонстрируют выраженное предпочтение тех или иных растений. Как правило, окраска паука сходна с окраской цветка (рис. 1–3), на котором он сидит. Однако бывают и исключения (рис. 4–5).

Другие названия этого же семейства — «пауки-крабы» и «пауки-бокоходы». Они действительно немного похожи на крабов. Ловчих сетей не плетут, сидят, подняв длинные передние ноги, словно краб клешни. Этими ногами они хватают добычу из числа тех, кто опускается на цветок, чтобы полакомиться нектаром или пыльцой. И бегают бокоходы боком, по-крабьи. Эти пауки характеризуются следующими особенностями внешнего строения: головогрудь короткая и широкая (у пауков голова и грудь слиты в один отдел), все глаза одинаковые, коготки хелицер (ядовитых челюстей, служащих для умерщвления добычи) толстые и короткие [9].

Мы решили изучить, как пауки-бокоходы выбирают «любимые» цвета. Для этого мы поставили перед собой несколько задач. Сначала решили провести наблюдения за пауками в дикой природе. Затем необходимо было придумать саму методику, по которой мы бы могли изучать пауков уже в условиях лаборатории. Стояла непростая задача — воссоздать в стенах лаборатории среду, к которой привык дикий паук — по сути, сымитировать маленькую лужайку или поле, то есть создать условия, приближенные к естественной среде обитания наших испытуемых. Ведь пауки имеют множество органов восприятия разной информации — это, например, лировидные органы, которые отвечают за химическое чувство, трихоботрии (осязательные волоски) и многие другие. Поэтому крайне важно, чтобы в условиях эксперимента паук чувствовал себя как дома, вел себя естественно и непринужденно — чтобы исследователи смогли получить достоверную информацию о его жизнедеятельности. Мы постарались предоставить паукам одинаковые комфортные условия, чтобы не вызывать стресс у этих маленьких животных. О том, как я создал паучий цветовой «рай» в лаборатории, читайте далее!

Места, где мы наблюдали за пауками

Начнем с полевых наблюдений. Нам было интересно, какие цвета «нравятся» паукам в природе. Должен сказать, что места наблюдения мы выбрали достаточно живописные! Это и прекрасные высокогорные луга, полные неописуемо-красивых цветов, и разнотравье плодородных земель Ставропольского края, и дикая природа Подмосковья, где обитают самые разные животные. Наблюдать за пауками в их «родном доме» достаточно нелегко, ведь это требует немало терпения и труда.

Мы начали свои наблюдения в Тебердинском заповеднике, охраняемой зоне, которая послужила домом огромному количеству разнообразных животных и растений. Географически эта живописная территория располагается на северных склонах Западного Кавказа. Заповедник содержит в себе систему могучих горных хребтов, где 83% территории находятся на высоте выше двух км над уровнем моря. Великий Кавказский хребет проходит прямо по южной части этой чудесной местности. Ученые утверждают, что за счет различия природных ландшафтов на территории заповедника встречается немало разных растений и животных [10]. Климат местности влажный и теплый. Причиной этого является близкое расположение к Черному морю. Именно поэтому на территории распространена влаголюбивая горная растительность. Такая флора сыграла важную роль в создании подходящих условий для жизни огромного числа членистоногих (таких как бабочки, жуки, муравьи и, конечно же, пауки).

Следующим местом полевых наблюдений стал город Невинномысск. Географически он располагается в западной части Ставропольского края, где нередко можно встретить заводы и фабрики различного профиля [11]. В настоящее время ландшафты территории крайне неоднородны. Так, возле живописного луга, представленного на фото (рис. 6), можно было наблюдать жилые дома, расположенные неподалеку. Можно лишь позавидовать людям, проживающим в такой спокойной местности. Настоящий рай для пауков — луга Невиномысска. Ведь здесь так много насекомых, которыми они любят полакомиться! Вот почему пауки встречаются здесь столь часто.

Последние наблюдения за бокоходами мы проводили на лугах Павловской Слободы. Это место находится недалеко от столицы — всего лишь несколько остановок на электричке. Близость к мегаполису отнюдь не умаляет красоты этой местности. В Павловской Слободе есть много интересных мест (начиная с хвойного леса и заканчивая торфяным болотом). Ботаники тщательно описали растительный состав этой местности. В своих статьях специалисты сообщали, что на территории Павловской Слободы преобладают растения из семейства сложноцветных, или астровых (Compositae, или Asteraceae) [12]. Также ученые отметили, что все больше и больше растений в этой местности начинают заселять земли, расположенные в близости человеческих домов [13]. Такое обилие растений, а также их «желание» поселиться близ жилищ людей наверняка способствует постепенному увеличению ареала пауков-крабов на территории Павловской Слободы.

«Любимые» цвета пауков в природе

Среди луговой растительности были зафиксированы пауки из разных семейств: Thomisidae (бокоходы), Araneidae (кругопряды), Lycosidae (пауки-волки), Salticidae (пауки-скакунчики), Pisauridae (пизауриды) и пр. (рис. 7–8). Кругопряды, например, довольно часто встречались в колесовидных сетях, форма которых наиболее известна и часто используется в мультфильмах, иллюстрациях, при создании украшений (рис. 9) . Эти сети были расставлены на травянистых растениях. Невзирая на все богатое разнообразие луговых пауков, мы все же остановились на представителях семейства Thomisidae. Ведь в жизни этих пауков расцветка цветов играет очень важную роль (пауки могут сливаться с этими цветами для того, чтобы охотиться, а также скрываться от хищников).

На «Биомолекуле» есть несколько материалов, посвященных паукам и, в частности, паутине. Например, в статье «Великому комбинатору и не снилось: комбинаторика токсинов пауков» [14] рассказывается о механизме формирования ядов этих животных, а в статьях «“Умный” клей из паутины» [15], «Технология использования паутины в медицине» [16] и «Как заставить пауков работать на нас?» [17] можно узнать об особенностях паучьей паутины и возможностях ее использования

На ярких цветах, в свою очередь, нередко можно было заметить сливающихся с лепестками пауков-бокоходов — именно они-то нас и интересовали. Они ведут бродячий образ жизни и длительное время могут сидеть в засаде. Довольно часто, поджидая добычу, они расставляют в сторону свои передние длинные ноги, которые заметно длиннее ног задних пар (по такой особенности их легко можно узнать) [18].

Чаще всего бокоходы располагались на соцветиях трав из семейства сложноцветных. Особенно часто пауки выбирали сложноцветные с изжелта-оранжевыми цветками: крестовник (Senecio sp.), пижма (Tanacetum sp.) (так в процессе однодневного наблюдения на них было замечено более 15 пауков). Поскольку большинство растений наших широт имеют желтые или белые цветки, то с большей вероятностью паук будет располагаться на цветках указанной окраски.

Мы наблюдали за пауками с самого утра до поздней ночи. Усилия принесли свои плоды: мы узнали, что пауки сидят на цветках не только в дневное время, но и ночью. То есть обычно бокоходы на протяжении суток не покидают свое место. Однако пауки нередко все же перемещаются с одного цветка на соседний. Во время таких перемещений довольно часто пауки-бокоходы встречаются друг с другом. Интересно, что такие встречи между ними не сопровождаются ярко выраженной агрессией. Пауки, как правило, не обращают внимания на прочих особей своего семейства. Передвигаясь по растениям, пауки могли перебегать через своих сородичей.

Подведем итоги сказанного выше и сделаем несколько выводов о пауках в естественной среде:

1. Бокоходы, будучи луговыми пауками, прекрасно сосуществуют как со своими сородичами, так и с пауками других семейств (вступают с ними в косвенные трофические связи).
2. Чаще всего бокоходы встречаются на цветках желтого цвета (в особенности на астровых).
3. В течение суток исследуемые пауки, как правило, не покидают растение и на протяжении дня и ночи поджидают добычу на цветках.
4. Окраска паука не всегда совпадает с расцветкой цветка, на котором он располагается.

Метод, которым мы изучали пауков в лаборатории

Остановимся на методах, с помощью которых мы изучали «любимые» цвета пауков в искусственных условиях, то есть в лаборатории.

Ранее уже проводились некоторые работы по изучению цветовых предпочтений пауков. Так, например, исследовали цветовую избирательность у вида Habronattus pyrrithrix из семейства пауков-скакунчиков (Salticidae) [19]. Однако каждое семейство имеет свои специфические черты поведения. Конечно же, нужно учитывать особенности пауков, которых необходимо изучить. Нам нужно было создать оригинальную методику проведения экспериментов, позволяющую наблюдать цветовую избирательность пауков-бокоходов в искусственных условиях. Мы разработали такой метод с учетом особенностей объектов изучения: криптическая внешность (покровительственная окраска), толерантность к сородичам (если будет необходимость содержать всех пауков в одном садке) и пр. Для опыта мы взяли пауков-бокоходов следующих видов: Misumena vatia (рис. 1), Xysticus sp (рис. 8 справа вверху), Ebrechtella tricuspidata (рис. 10).

В этом эксперименте мы поместили каждого паука в отдельный садок с четырьмя картонными квадратами разных цветов (желтого, красного, синего и зеленого) и размером 5×5 см (рис. 11). Конечно, визуально человек легко может отличить желтый от синего, а красный от зеленого, однако наука любит точные доказательства. Ведь, как известно, настоящая наука начинается тогда, когда мы можем что-нибудь посчитать и численно доказать. Наши цветные картонки — не исключение. В численной оценке нам помогли ученые-физики из университета, в котором учится автор этой статьи. Специалисты сказали, что цветовые особенности цветных картонок мы можем изучить на специальном аппарате — спектрофотометре. Этот прибор позволяет измерить интенсивность поглощения в зависимости от длины волны. По своей сути, эти характеристики обусловливают наличие определенного цвета. Результаты измерений представлены на рисунке 12.

Оказалось, что дело было в освещении!

Мы наблюдали за пауками в лаборатории чуть больше месяца. По результатам наблюдения мы построили диаграммы, характеризующие выбор пауков (рис. 13–14)

Мы проанализировали выбор пауков по двум параметрам: цвет и расположение в пространстве. Каждый паук демонстрировал определенное предпочтение того или иного места в садке. Места в садке и их расположение относительно источника естественного освещения представлены на рисунке 15.

В представленных диаграммах (рис. 13–14) мы постарались отразить результаты эксперимента. Из них можно сделать вывод, что пауки, по большей части, не делали свой выбор, опираясь на цвет картонки. Скорее, наши восьминогие подопечные демонстрировали явное предпочтение определенных мест в садке. Так, например, мы можем видеть, что изученные пауки нередко выбирали заднюю стенку или крышку. По нашему мнению, это обусловливалось тем, что именно с этой стороны было расположено окно (рис. 15). Можно предположить, что освещение сыграло ключевую роль в выборе пауков.

Обсудим итоги

В эксперименте мы видим явное предпочтение пауками разных частей садка, но не цветных образцов, расположенных на его дне. Вероятно, у пауков наблюдался аттрактантный фототаксис (если по-простому, то движение к свету). Пауки часто занимали место, которое было повернуто к естественному источнику света (то есть ползли к окну). Каждый день садки переставляли в случайном порядке и разворачивали на 90 градусов (по часовой стрелке). Однако пауки все же неизменно выбирали определенную сторону. Зато приуроченности пауков к определенному цвету не было выявлено. Из этого следует, что полученные в искусственных условиях данные не аналогичны выбору пауков в естественных условиях. Довольно интересно, что в искусственной среде пауки меняют свои предпочтения. Конечно, это можно связать с тем, что картонки не могут быть идентичны растениям. Однако в одном из экспериментов (не описанном здесь) мы предлагали паукам в садках засушенные полевые цветы (василек, пижму, крестовник и тысячелистник), но испытуемые все же чаще сидели на стенках или на крышке садка, а не на растениях. Конечно, для большей статистической достоверности необходимо провести еще немало опытов. Поэтому мы считаем своей целью многократно повторить проведенные эксперименты и получить дополнительные данные, которые помогут наконец разобраться в проблеме, как цветочный паук выбирает свой любимый цветок. Методика исследования в дальнейшем будет доработана. Мы постараемся приблизить искусственные условия содержания восьмилапых созданий к природным. Возможно, если паукам будут предоставляться более близкие к естественным условия, то выбор у них будет иной.

Выражаю глубокую благодарность Владимиру Михайловичу Карцеву, Римме Равильевне Сейфулиной, Александру Викторовичу Шарикову, Андрею Витальевичу Наумову и Константину Арутюновичу Магаряну за предоставленные данные и сделанные замечания!

Литература

1. J. Defrize, M. Thery, J. Casas. (2010). Background colour matching by a crab spider in the field: a community sensory ecology perspective. Journal of Experimental Biology. 213, 1425-1435;
2. Jérémy Defrize, Claudio R. Lazzari, Eric J. Warrant, Jérôme Casas. (2011). Spectral sensitivity of a colour changing spider. Journal of Insect Physiology. 57, 508-513;
3. Angus J. (1882). Protective change of color in a spider. Am. Nat. 16, 10109;
4. Gabritschevsky E. (1927). Experiments on the color changes and regeneration in the crab spider Misumena vatia (Cl.). J. Exp. Zool. 47, 251–267;
5. de Kerville H.G. (1907). Sur l’homochromieprotectrice des femelles de Misumena vatia Clerck. Bull. Soc. Entomol. Fr. 1907, 145–146;
6. Packard A.S. (1905). Change of color and protective coloration in a flower-spider (Misumena vatia Thorell). J. NY Entomol. Soc. 13, 85–96;
7. Pearse A.S. (1911). The influence of different color environments on the behavior of certain arthropods. J. Anim. Behav. 1, 79–110;
8. Gertrud Weigel. (1942). Farbung und Farbwechsel der Krabbenspinne Misumena vatia (L.). Z. Vergl. Physiol.. 29, 195-248;
9. Тыщенко В.П. Определитель пауков европейской части СССР. Ленинград: «Наука», 1971. — 281с.;
10. Багрова Т.Н. и Дроздов В.В. (2010). Влияние крупномасштабной атмосферной циркуляции на климатические параметры Западного Кавказа (Тебердинский биосферный заповедник). «Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета». 13, 52–63;
11. Карабанова И.В. (2013). Эколого-географические аспекты устойчивого развития Северо-Кавказского экономического района (на примере Ставропольского края). «Вестник российских университетов. Математика». 2, 620–624;
12. Куранова Н.Г. и Купатадзе Г.А. (2018). Синантропизация флоры окрестностей поселка Павловская слобода. «Систематические и флористические исследования Северной Евразии: материалы II международной конференции». 85–89;
13. Куранова Н.Г., Викторов В.П., Купатадзе Г.А. (2018). Некоторые аспекты динамики флоры окрестностей поселка Павловская Слобода (Московская область). «Экология и география растений и растительных сообществ: материалы IV международной научной конференции». 489–492;
14. Великому комбинатору и не снилось: комбинаторика токсинов пауков;
15. «Умный» клей из паутины;
16. Технология использования паутины в медицине;
17. Как заставить пауков работать на нас?;
18. Сейфулина Р.Р и Карцев В.М. Пауки европейской части России. М.: «Фитон XXI», 2018. — 432 с.;
19. Lisa A. Taylor, Emily B. Maier, Kevin J. Byrne, Zarreen Amin, Nathan I. Morehouse. (2014). Colour use by tiny predators: jumping spiders show colour biases during foraging. Animal Behaviour. 90, 149-157.