Gąsienica zmienia kolor, potrafi widzieć skórą

Wielu z was słyszało o słynnym krępaku nabrzozaku, Biston betularia, podręcznikowym przykładzie ewolucji drogą doboru naturalnego. (Normalnie mało widoczna, jasna, nakrapiana ćma wyewoluowała kryjące, czarne ubarwienie, kiedy smog zaczernił pnie drzew w uprzemysłowionej Anglii; i to samo stało się w Stanach Zjednoczonych. Kiedy w obu krajach wprowadzono prawa przeciwko zanieczyszczaniu i drzewa odzyskały normalny, jasny wygląd, selekcja [dokonywana przez bystrookie i głodne ptaki] odwróciła się.) Dla przypomnienia: tutaj jest odmiana nakrapiana („typowa”) i czarna („melanistyczna”).

Wiele eksperymentów pokazało, że – wbrew oczekiwaniom – ćma nie wyewoluowała zdolności „dopasowywania” barwy do pni drzewnych; czarna ćma nie częściej siadała na ciemnych pniach drzew niż jasna. Tak jednak nie jest jeśli idzie o gąsienice (larwy) tej ćmy, według nowej pracy w „Nature Communications Biology” (pdf tutaj).

Od dawna było wiadomo, że gąsienice B. betularia potrafią zmieniać kolor, żeby pasował do gałązki, na której siedzą. To nie jest natychmiastowa zmiana jak u kałamarnic lub kameleonów, ale zabiera kilka dni. Niemniej ta zdolność jest adaptacyjna, bo dzięki naśladowaniu gałązki zmniejsza się prawdopodobieństwo wykrycia jej i zjedzenia przez ptaki.   Ilustracja poniżej (z Wikipedii) pokazuje gąsienice, które były na brzozie (po lewej) i wierzbie (po prawej), demonstrując ich zdolność zmieniania barwy od brązowej do zielonej (typowe tło). Jest wyraźne, że ptakowi będzie trudniej zobaczyć gąsienice, które odpowiadają tłu, na którym siedzą (te larwy są, oczywiście, jadalne). Gąsienice wyglądają jak gałązki.  

Skąd gąsienica wie, jakiego koloru jest gałązka, na której siedzi? Oczywista odpowiedź dotyczyłaby wzroku: owad widzi kolor tła i jakoś przekazuje tę informację do neurologicznej i fizjologicznej sieci, która powoduje zmianę koloru ciała. Znane są jednak wypadki, kiedy  sama skóra ma zdolność wykrywania koloru tła. Odkryto to u pewnych ryb, gadów i głowonogów, a były także wstępne dowody na te zdolność u jednego rodzaju motyli.

W tych eksperymentach zakrywa się oczy badanego stworzenia i patrzy, czy nadal potrafi dopasować się do tła. I to właśnie zrobili Eacock i in. krępakom nabrzozakom: zamalowali oczy gąsienic czarną farbą, podczas gdy grupa kontrolna miała niezamalowane oczy. Oba rodzaje larw włożyli następnie do klatek z patyków pomalowanych na różne kolory (czarne, szare białe, jasnozielone), żeby naśladować naturalne zróżnicowanie koloru gałązek. (Wszystkie larwy były karmione szarymi liśćmi wierzby.) Tutaj jest pomalowane i niepomalowane oko. (Ponieważ farba jest zrzucana przy każdym linieniu, larwy sprawdzano codziennie, żeby się upewnić, że nadal są pomalowane.):

(Fig. 1 from paper). Blindfolding of B. betularia larvae. a Final (sixth) instar B. betularia control caterpillar showing ring of five ocelli circled in yellow, and sixth ventral ocellus circled separately. b Example of a final instar larva with ocelli obscured by opaque black acrylic paint. Scale bar represents 1 mm
 

Wynik był wyraźny: larwy hodowane na jasnych patykach były jasne niezależnie od tego, czy ich oczy były zamalowane, czy nie, a larwy hodowane na ciemnych patykach były ciemne. To, czy larwa była oślepiona, czy nie, nie miało żadnego wymiernego efektu na barwę. Wnioskiem jest to, że dopasowanie do tła osiągają głównie przez skórę. Poniżej są dwa zdjęcia pokazujące, co odkryli:

Każda para patyków o tym samym kolorze ma oślepioną gąsienicę (zewnętrzna gąsienica w obu parach) i nieoślepione, kontrolne gąsienice (dwa wewnętrzne patyki). Statystyka potwierdziła wizualną ocenę: oślepianie nie wpływało na kolor.   

(From paper) Blindfolded and control B. betularia larvae from achromatic and chromatic dowel treatments. a Examples of final instar blindfolded (first and third from left) and control (second and fourth from left) larvae on black and white treatment dowels. . . . d Examples of final instar blindfolded (two outermost) and control (two innermost) larvae on brown and green treatment dowels
 

Sprawdzano również to skórne ”ślepowidzenie” dając gąsienicom wybór, gdzie się usadowić. Wkładano zabarwione gąsienice, oślepione i nieoślepione, do plastikowych pojemników z patykami o dwóch kolorach, a następnie szturchano je kilka razy pincetą, imitując dziobanie ptaka. (Gąsienice znacznie bardziej ochoczo szukają gałązki, kiedy w pobliżu jest ptak!) I rzeczywiście, 70-80% razy gąsienice wybierały pasujący kolorem patyk – i to nie zależało od tego, czy były oślepione! Raz jeszcze potwierdzono ich zdolność wykrywania koloru bez używania oczu.

Nie jesteśmy jeszcze pewni, jak gąsienice mogą widzieć skórą, ale autorzy pokazali, że kilka genów biorących udział w wytwarzaniu kluczowych dla wizji białek, takich jak opsyny, ulega ekspresji zarówno w głowie, jak w skórze i że stosunek ekspresji genów w skórze wobec głowy jest wyższy u gąsienic niż u dorosłych. Ekspresję genów biorących udział w wizji zaobserwowano także w innych grupach ze zdolnością „widzenia skórą”, wspomnianych powyżej.

To jest więc  krótka i sympatyczna lekcja o tym, jak niektóre gatunki potrafią przez skórę wykryć kolor środowiska. Oddam autorom ostatnie słowo:

Profile ekspresji genów związanych z widzeniem w B. betularia, w połączeniu z dowodami wizualnymi i behawioralnymi prowadzą nas do wniosku, że larwy B. betularia posiadają fotoreceptory rozłożone na całym naskórku. Ich funkcją jest dostarczanie pełniejszej informacji o kolorze i wzorze niż może być uzyskana z samych przyoczek – nie tylko o gałązce, ale także o zgodności larwy z gałązką. Szczegółowa i złożona natura wzoru barw gąsienicy sugeruje złożoną, przetwarzającą sygnały kaskadę, która inicjuje, kontroluje i koordynuje wytwarzanie wielu pigmentów w różnych typach komórek. Nasze wyniki znacząco rozszerzają obecny pogląd na skórną wrażliwość na światło, by objąć powolną zmianę barwy, podnosząc intrygujące pytania o ewolucyjną sekwencję szlaków rekrutowania i modyfikacji, które dały ten skomplikowany system fotorecepcji skórą oraz plastyczności fenotypu,  dokonany pod wpływem ewolucyjnego wyścigu zbrojeń między drapieżnikiem a ofiarą.

_______________

Eacock, A., H. M. Rowland, A. E. van’t Hof, C. J. Yung, N. Edmonds, and I. J. Saccheri. 2019. Adaptive colour change and background choice behaviour in peppered moth caterpillars is mediated by extraocular photoreception. Nature Communications Biology 2:286.

A caterpillar changes color to match its background using extraocular photoreception it can see with its skin!

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Artykuł pochodzi z portalu Listy z naszego sadu