В мире дикой природы животные обычно разделяются на хищников и добычу. Обе эти категории находятся в состоянии постоянной эволюционной гонки. Добыча приобретает новые физиологические или поведенческие особенности для самозащиты, а хищники — новые методы отслеживания, поимки добычи. Последние часто прибегают к тактике атаки из засады, когда камуфляж играет огромное значение. Однако не всегда идеальная маскировка приравнивается к полному слиянию с окружающей средой, чему стало подтверждение необычное поведение ширококлювой каракатицы (Sepia latimanus). Ученые из Бристольского университета обнаружили, что Sepia latimanus буквально за несколько мгновений до захвата добычи своими щупальцами начинает демонстрировать динамическое изменение окраса кожи, чтобы «заворожить» жертву. Почему каракатица данного вида использует именно эту тактику, и насколько она эффективна? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Основа исследования
Одним из самых распространенных правил камуфляжа является то, что он нарушается ввиду каких-либо движений. Однако многие хищники, использующие камуфляж, все же должны совершить хоть какие-то движения, чтобы поймать добычу, что делает их очень заметными.
Естественные сцены также не являются неподвижными. Фоновое движение может быть создано физическими силами, такими как ветер или течения. Некоторые хищники могут использовать это фоновое движение, чтобы маскировать свои собственные сигналы движения. Преследующие журчалки, стрекозы и соколы могут летать таким образом, чтобы соответствовать схеме оптического потока в зрительной системе своей движущейся добычи, а некоторые древесные животные, такие как змеи и палочники, имитируют покачивающиеся движения растительности, развеваемой ветром, во время передвижения.
Другие животные могут вместо этого маскироваться, генерируя шум движения и, таким образом, ухудшая обнаружение, распознавание или интерпретацию своих движений. Предлагаемые стратегии включают в себя протеанное движение, т. е. движение непредсказуемым образом, путаницу в движении (также известную как ослепление), с помощью которой высококонтрастные отметины могут изменить оценку траектории и скорости цели, динамическое изменение цвета и камуфляж мерцания-слияния, который происходит, когда цель движется со скоростью, которая заставляет ее окрас казаться размытым, таким образом становясь менее заметным на фоне. Доказательств маскировки в движении в дикой природе скудны, и лишь немногие исследования изучали эффективность генерации шума движения как стратегии маскировки в реальном биологическом взаимодействии.
Каракатицы могут динамически переключаться между различными паттернами кожи посредством тонкого нейронного контроля хроматофоров. Благодаря своей уникальной способности модулировать такие паттерны кожи в соответствии с конкретными поведенческими задачами каракатицы являются идеальной системой для исследования камуфляжа в движении. Например, каракатица Sepia officinalis быстро переключается на низкоконтрастные серые рисунки при перемещении по разным субстратам и регулирует отражательную способность тела в соответствии с естественным фоном. Вместо динамического соответствия фону один вид каракатиц принял совершенно иную стратегию для маскировки своего движения при преследовании добычи — Sepia latimanus.
Изображение №1
Приближаясь к добыче (краб), этот вид каракатицы меняет внешний вид своей головы на однородный белый цвет, вытягивает шесть своих рук вперед в плотный конус, а оставшиеся две руки вытягиваются в стороны, их широкие плоские поверхности направлены вперед. Затем начинается представление — высококонтрастные темные полосы проходят по телу в направлении вниз по голове и рукам (1A–1D, видео №1 и №2). Затем каракатица хватает свою добычу (1E). Это было популярно описано в документальных фильмах о естествознании как «завораживающее» представление и считается, что каким-то образом дает каракатице охотничье преимущество в последние моменты атаки. В контексте этого охотничьего представления охотящийся краб видит приближающуюся каракатицу через зрительную систему с относительно низким разрешением, которая в значительной степени зависит от оценок движения для руководства поведением. В частности, известно, что обнаружение крабами приближающихся стимулов оптимизировано для сигналов движения, генерируемых приближающимися хищниками. В этом исследовании ученые решили определить, использует ли ширококлювая каракатица демонстрацию движущихся полос для маскировки своего приближения к добыче-крабу.
Видео №1
Видео №2
Результаты исследования
Изображение №2
Помещая прибрежных крабов Carcinus maenas к беговой дорожке из пенополистирола перед жидкокристаллическим дисплеем, ученые проверили, вызывает ли стимул хищника с движущимися полосами — заменитель приближающейся каракатицы — более слабую реакцию по сравнению с контрольными стимулами у добычи, которая не знакома с демонстрациями охоты с движущимися полосами. Крабам попеременно предъявляли три эллиптических стимула без полос, со стационарными полосами или с движущимися вниз полосами. Стимулы предъявляли в диапазоне веберовских контрастов (WC от Weber contrast) на однородном сером фоне. Крабы с большей вероятностью реагировали на высококонтрастные стимулы (например, WC = 1) без полос или со стационарными полосами, чем на полосы, движущиеся вниз (2A, 2B). Эти результаты свидетельствуют о том, что демонстрация движущихся полос может быть эффективной стратегией для повышения успешности охоты ширококлювой каракатицы на крабов.
Затем ученые сняли на видео охоту каракатицы с демонстрацией полос в полевых условиях с помощью многокамерной установки (видео №1). Ученые использовали эти видео для реконструкции траекторий охоты в трех измерениях и оценки показателей для описания естественной изменчивости этой охотничьей демонстрации. Было записано 28 демонстраций движущихся полос как минимум от 17 разных особей (9 самок и 8 самцов со средней длиной мантии 22.1 ± 3.2 и 28.6 ± 4.6 см соответственно).
Изображение №3
После обнаружения добычи ширококлювая каракатица следовала двухфазному подходу: сначала каракатица выполняла быстрое приближение на протяжении первых 58 ± 18% диапазона расстояний; затем, для финального приближения на близком расстоянии, каракатица переключалась на демонстрацию движущихся полос (3A). Начальное быстрое приближение было в среднем на 10 ± 13 см/с быстрее, чем остальная часть траектории охоты с демонстрацией полос, во время которой каракатица приближалась с более медленной средней скоростью 8.2 ± 6 см/с. Во всех охотничьих событиях движущиеся полосы использовались только во время заключительной фазы атаки, когда хищник был ближе к добыче, со среднего расстояния 97.8 ± 32.3 см (3A). Средняя временная частота полос, движущихся вниз по голове и рукам каракатицы, составляла 2.2 ± 0.7 Гц.
Чтобы исследовать, влияет ли скорость конечной фазы приближения каракатицы напрямую на временную частоту проявления полос, ученые использовали причинно-следственную структуру, основанную на направленном ациклическом графе (DAG от directed acyclic graph) на 3B, чтобы с помощью надежной линейной регрессии вывести причинно-следственный эффект, который скорость приближения каракатицы оказывает на временную частоту полос, с поправкой на размер добычи, размер и пол каракатицы. Скорость приближения при отображении полос влияла на частоту полос: при увеличении скорости приближения на одно SD (5.9 см/с) частота полос увеличилась на 0.50 Гц (3C). С помощью той же модели был также оценен прямой причинно-следственный эффект размера крабов на частоту полос. Было обнаружено очень небольшое влияние: при увеличении ширины панциря краба на одно SD (0.4 см) частота полос увеличилась на 0.1 Гц (3D). Размер и пол каракатицы также оказали незначительное влияние на частоту полос: при увеличении длины головы на одно SD (1.7 см) частота полос снизилась на 0.02 Гц (3E); и по сравнению с самкой, охотящейся на добычу того же размера с одинаковой скоростью приближения, частота полос самца будет ниже всего на 0.14 Гц (3F). Эффекты размера добычи, размера каракатицы и пола были почти полностью опосредованы скоростью приближения каракатицы. Эти результаты предполагают четкую связь между заметностью сигнала приближающейся каракатицы и силой движения, создаваемого движущимися полосками.
Изображение №4
Наконец, ученые использовали специально написанный биологически обоснованный алгоритм элементарного детектора движения (EMD от elementary motion detector) для моделирования паттернов движения, воспринимаемых крабом при взгляде на охотящуюся каракатицу. Видео были пространственно-временно уменьшены до зрения краба перед вычислением их паттернов движения. Чтобы проверить алгоритм, ученые сначала протестировали его с использованием высококонтрастных расширяющихся эллиптических стимулов из лабораторного эксперимента (4A–4C).
Приближение серого эллипса создавало радиально-симметричный паттерн движения, характерный для приближающихся объектов или хищников (4A). Стимул со статическими полосами вместо этого создавал вертикально-бимодальный паттерн движения (4B), который индуцируется горизонтальными темными краями полос выше и ниже центра сигнала приближения. Наконец, стимул в виде движущейся полосы вызвал нисходящую унимодальную модель движения (4C). Стимул в виде движущихся полос вызвал в 34 раза больше движения (измеренного по результирующей силе движения, M), чем статические полосы, в то время как движение, вызванное серым эллипсом без полос, было незначительным. Эти результаты показывают, что эллипс с движущимися полосами был эффективен для минимизации радиально расширяющегося сигнала стимула приближения.
Видео №3
Чтобы оценить модели движения, вызванные охотящейся каракатицей, ученые записали (240 кадров в секунду) дополнительные последовательности охоты в дикой природе с максимально возможного расстояния до точки зрения краба-добычи (1B–1E). Было снято восемь демонстраций охоты с движущейся полосой с видом на добычу (видео №2) и восемь демонстраций «листьев», где каракатица принимала ту же позу тела, что и при демонстрации полос, но становилась бледно-оливково-зеленой вместо демонстрации движущейся полосы (видео №3).
Видео №4
Демонстрация «лист» производила бимодальный вертикальный рисунок движения (4D и видео №4), вызванный позой тела охотящейся каракатицы с широкими руками, вытянутыми в стороны, которые создают длинные и узкие горизонтальные приближающиеся края. В случае охоты с движущимися полосами эффекты сигнала приближения каракатицы вместо этого маскируются движением, создаваемым полосами, что создает унимодальный паттерн движения вниз (4E и видео №5).
Видео №5
Для всех зафиксированных случаев охоты сила движения полос была в 9 раз больше силы движения маскировки типа «лист». Это подчеркивает тот факт, что «лист» все еще частично имеет радиально расширяющийся компонент в своем сигнале, тогда как метод «полосы» делает это в гораздо меньшей степени из-за движущихся вниз полос. Эти результаты показывают, что демонстрация полос создает паттерн движения, который сильно отличается от ожидаемого паттерна приближающегося хищника, и что это достигается путем создания динамического шума с движущимися полосами.
Приближающийся хищник генерирует расширяющийся сигнал движения в зрительной системе добычи. Учитывая важность такой информации для выживания, зрительные системы добычи, особенно крабов, тонко настроены на обнаружение расширяющихся сигналов движения и ответ на них (уклонение, избегание). По этой причине хищники сталкиваются с трудной задачей, пытаясь скрыть свое приближение. Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что ширококлювая каракатица использует ранее неописанную стратегию для маскировки своих движений в последние моменты охоты на краба. Вместо того чтобы пытаться минимизировать расширяющиеся сигналы движения, связанные с их приближением, например, сливаясь с фоном, каракатица использует демонстрацию движущихся полос для создания сильного движения вниз, которое эволюционно не связано с приближением хищника. Более слабый расширяющийся сигнал движения охотящейся каракатицы подавляется более сильным самопроизвольным движением полос.
Приближаясь к добыче с демонстрацией полос (но также и с демонстрацией «лист»), ширококлювая каракатица принимает горизонтально вытянутую позу тела и рук, вытягивая боковые руки в стороны и выставляя напоказ только уплощенный фронтальный профиль тела для зрительной системы добычи. Эта поза сама по себе уже снижает силу радиально расширяющихся сигналов движения: поле движения краба-жертвы доминирует восходящим и нисходящим движением, создаваемым длинным горизонтальным контуром каракатицы. Боковое расширение рук также имеет дополнительное преимущество, маскируя движения мантийного плавника с точки зрения краба, еще больше минимизируя производство сигналов движения, которые могут быть связаны с атакой каракатицы. Можно предположить, что это разбавление расширяющегося горизонтального поля движения также может играть роль в снижении вероятности неблагоприятной реакции краба, когда хищники-каракатицы приближаются медленно.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
В рассмотренном нами сегодня труде ученые описали и проанализировали необычное поведение ширококлювой каракатицы (Sepia latimanus) во время охоты. Приближаясь к добыче (крабу), каракатица включается свою суперсилу, а именно динамическое изменение окраса, демонстрируя движущиеся вниз (от головы до щупалец) темные полосы. Тело каракатицы при этом сохраняет серый окрас, а двое щупалец выставлены в стороны.
Каракатицы, как и многие другие хищники, предпочитает охотиться из засады, используя маскировку. Однако, какая бы великолепная не была маскировка, ее необходимо сбросить для совершения движения атаки и захвата добычи. Данное движение может спугнуть добычу и оставить хищника без обеда.
Ширококлювая каракатица решила, что можно маскировать не только свое тело, но и сам факт приближения к добыче, создавая фоновый шум сигнала движения. Проще говоря, демонстрация движущихся по телу каракатицы полос вводит краба в заблуждение; краб концентрирует на них внимание и не ассоциирует данные сигналы с сигналами приближающейся угрозы. Такой «гипноз» позволяет каракатице отвлечь добычу в последние мгновение перед атакой и повысить шансы на успех охоты.
Подобного рода поведение в очередной раз демонстрирует насколько бывает утонченной и изящной эволюция и адаптация разных видов существ. Использование визуально не очевидных особенностей добычи, а именно того как она воспринимает сигналы движения, для искажения этих сигналов является невероятной тактикой охоты и демонстрацией вполне развитого интеллекта.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Автор: Dmytro_Kikot
