Ентомологи з'ясували, що манера польоту тропічних метеликів з роду залежить від того, в якому ярусі лісу вони живуть. Види, що населяють густий підлісок, активно змахують крилами і літають швидко, а їхні родичі з лісового пологу воліють повільно планувати. Ці відмінності позначилися на формі їхніх крил. Результати дослідження опубліковані в статті для журналу.
Стиль польоту комах безпосередньо залежить від їх екологічних особливостей. Наприклад, деякі види, що живляться нектаром, навчилися зависати в повітрі над квітками і спритно маневрувати. А мігруючі метелики, такі як монархи () і ріпейниці (), освоїли тривалий і енергоефективний політ. Однак найкраще зв'язок між манерою польоту і способом життя помітний при вивченні родинних видів, які займають різні екологічні ніші.
Саме цим зайнялася команда ентомологів, яку очолив Каміль Ле Руа (Camille Le Roy) з Національного музею природознавства в Парижі. У центрі уваги дослідників опинилися яскравофарбовані метелики з роду, близько тридцяти видів яких населяють Центральну і Південну Америку. Фахівці ділять цих комах на дві екологічні групи: представники першої мешкають у густому підліску, а до другої належать види, що віддають перевагу життю в полозі лісу, серед деревних крон. Вважається, що поділ між ними стався близько 22 мільйонів років тому.
Ле Руа і його співавтори припустили, що стиль польоту різних видів морфо пов'язаний з тим, в якому ярусі вони мешкають. Зокрема, метелики з лісового пологу, де багато вільного простору, повинні використовувати плануючий політ частіше, ніж їхні родичі з підліску. Можливо, це навіть позначилося на формі їхніх крил.
Щоб перевірити ці гіпотези, дослідники вирушили в перуанську частину Амазонії, де в одній точці можуть співіснувати дванадцяти видів з роду. Скориставшись високошвидкісними камерами, автори відобразили в дикій природі політ чотирьох видів морфо з підліску і трьох видів з лісового пологу. Загалом їм вдалося зробити 136 відеозаписів за участю 80 особин.
Проаналізувавши отримані кадри, Ле Руа і його колеги оцінили частоту помахів крилами і тривалість плануючого польоту у кожного виду. Виявилося, що всі сім видів змахують крилами з приблизно однаковою частотою. Однак два види з лісової смуги, і, планують приблизно половину польотного часу - набагато довше, ніж їхні родичі з підліску. Несподівано, але третій вид, що мешкає в полозі лісу, присвячує плануючому польоту навіть меншу частку часу, ніж морфо з підліску.
На наступному етапі дослідники побудували великий вуличний вольєр, оснащений високошвидкісними камерами, і помістили в нього 82 метелика морфо, що відносяться до восьми видів з підліску і трьох видів з лісового пологу. В результаті їм вдалося отримати 241 відеозапис. Аналіз цих записів за одинадцятьма кінематичними характеристиками показав, що морфо з лісового пологу і з підліску дійсно літають по-різному - і ці відмінності не обмежуються часткою часу, яку вони витрачають на плануючий політ.
Під час метелика з підліску сильніше змахують крилами, що робить їх політ більш швидким і прямолінійним. Їхні родичі з лісової смуги, навпаки, змахують крилами не так активно, а літають повільніше і по більш складних траєкторіях. Незважаючи на це, метелики з пологу лісу швидше набирають висоту, оскільки кут нахилу підйому у них на 70 відсотків більше, ніж у видів з підліску. Кут планування у видів, що населяють лісовий полог, на 36 відсотків нижче, що дозволяє їм долати значні відстані за рахунок пасивного польоту, не втрачаючи висоту занадто швидко.
За допомогою додаткового аналізу автори продемонстрували, що подібні відмінності в манері польоту метеликів пояснюються в першу чергу ярусом лісу, який вони населяють, а не тільки еволюційною історією і ступенем споріднення. Іншими словами, в різних мікроместообітах природний відбір по-різному діє на цих комах, змушуючи їх виробляти різний стиль польоту. Зокрема, перехід до життя в лісовій полозі зробив з деяких видів морфо майстерних планеристів, які змахують крилами менш активно, ніж їхні предки.
Як і припускали Ле Руа і його співавтори, відмінності в манері польоту відбилися на формі крил морфо. Види з підліску відрізняються заокругленими і невеликими відносно маси тіла крилами (тобто у них високе навантаження на крило - ставлення маси тіла до площі несучої поверхні), завдяки чому вони сильніше змахують крилами і рухаються швидше.
Для метеликів з лісової смуги такої суворої закономірності виявити не вдалося. У двох повільно літаючих видів, і, крила трикутні, з невеликим навантаженням на крило і невеликим подовженням крила (тобто ставленням розмаху до середньої хорди). Навпаки, у метеликів, які розвивають високі швидкості і рідко планують, крила подовжені і з високим ставленням маси до площі несучої поверхні.
Проте, коли дослідники змоделювали на комп'ютері крила чотирьох видів морфо з лісового пологу і трьох видів морфо з підліску, виявилося, що форма перших забезпечує більш ефективне планування. досягають цього за рахунок подовження крил, а інші види з пологу лісу - завдяки збільшенню коефіцієнта відмінності ефективного подовження крила від геометричного. Візуалізація повітряних потоків показує, що у всіх видів з лісового пологу на задній кромці крил виникає вихор, що рухається по потоку, в той час як у основи крил видів з підліску формуються турбулентні вихори, які знижують ефективність планування.
Яскраве забарвлення крил морфо і багатьох інших лусуекрилих має фізичну природу. Пройдіть наш тест «Дифракція метелика» і спробуйте визначити колір крила метелика, поглянувши на його наноструктуру.