Окраска бабочек. Чем объясняется цветовое разнообразие чешуекрылых

Окраска крыльев бабочек: химия, физика или химия + физика?

Бабочки (они же чешуекрылые) являются одними из самых разнообразных по своей окраске животных. Эти летающие буйства красок просто поражают своей цветовой палитрой и самими рисунками на крыльях. Чем же обусловлена их окраска? Это – химия, физика или химия + физика? Давайте разберемся.

При увеличении видны чешуйки крыла

Окраска крыльев бабочек бывает трех типов:

1) Пигментная (химическая) окраска. Она связана с наличием красителей (пигментов). Они откладываются в микроскопических хитиновых чешуйках крыльев. Пигменты бабочек достаточно разнообразны по своему химическому строению и окраске. Они включают меланины, каротиноиды, флавоноиды, оммохромы, билины и прочие соединения. Природные красители попадают в организм бабочек с пищей или получаются в результате их собственного биосинтеза.

Например, окраска светлого фона крыльев пестроглазки (бархатницы) Галатеи Melanargia galathea (семейство Satyridae) обусловлена 18 флавоноидами. Это трицин, лютеолин, апигенин, ориентин, изо-ориентин, изовитексин и их глюкозиды, а также глюкозид витексина и производное трицина. Крыльевой фон у пестроглазки может быть белым, кремовым или желтым. Чем больше флавоноидных пигментов содержится в крыльях, тем желтее их фон. Черные чешуйки не содержат флавоноидов и, очевидно, включают меланин.

Пестроглазка (бархатница) Галатея Melanargia galathea. Светлый фон их крыльев обусловлен комплексом флавоноидов

У бабочки адмирал (Vanessa atalanta) желтые, оранжевые и красные чешуйки окрашены 3-гидроксикинуренином и ксантомматином, а черные – пигментом меланином

Наиболее распространенными пигментами бабочек являются меланины. Они придают черный, темно-коричневый и красно-коричневый цвета.

У бабочки адмирал (Vanessa atalanta) семейства нимфалид (Nymphalinae) желтая, оранжевая и красная окраска обусловлена 3-гидроксикинуренином и оммохромом ксантомматином, а черные зоны – меланином.

А вот синие пигменты – это большая редкость. Их всего лишь несколько. Это билины (желчные пигменты), например, птеробилин, форкабилин и сарпедобилин. Зеленая и сине-зеленая окраска у бабочек получается путем комбинации билинов с каротиноидами, оммохромами, флавоноидами и папилиохромом II.

Строение некоторых пигментов бабочек до сих пор не установлено. Например, водорастворимый зеленый пигмент геовердин, характерный для бабочек подсемейства Geometrinae, называемых изумрудными мотыльками. Это соединение неустойчиво, изменяет окраску в зависимости от рН. Оно не является билином, некоторые ученые считают его производным зеленого пигмента растений хлорофилла.

Пяденица изумрудная (Thetidia smaragdaria) окрашена благодаря зеленому пигменту геовердину

Основными пигментами бабочек семейства белянок (Pieridae) являются птерины (желтые ксантоптерин и хризоптерин, белый лейкоптерин и красный эритроптерин). Например, ксантоптерин, хризоптерин и эритроптерин содержатся в крыльях бабочки лимонницы Gonepteryx rhamni, а лейкоптерин – у белянки капустницы Pieris brassica.

Лейкоптерин и ксантоптерин были обнаружены у белянки репной (репницы) Pieris rapae. Они дают характерную желто-серную окраску. Черные чешуйки содержат меланин.

Белянка боярышница Aporia crataegi

Белянка рапсовая Pontia edusa

Еще один представитель белянок – белянка репная (репница) Pieris rapae. В белых чешуйках крыльев репницы присутствуют бусинки, которые обеспечивают лучшее отражение света. Это придает матовость и яркость ее белой окраске

Желтушка шафрановая Colias croceus (семейство белянок Pieridae) окрашена все теми же пигментами птеринами (ксантоптерином, лейкоптерином и эритроптерином). Коричнево-черные зоны их крыльев содержат меланин.

Желтушка шафрановая Colias croceus окрашена птеринами и меланином

Также на цветой оттенок чешук бабочек влияет комплексообразование их пигментов с белками.

2) Структурная (физическая) окраска. Этот вид окраски не связан с красителями, а обусловлен только оптическими эффектами (дифракцией, интерференцией и рассеиванием света). При попадании света на крыло бабочки он взаимодействует с наноструктурами чешуек. В результате мы наблюдаем окраску. Структурная окраска встречается у парусников (Lycaenidae), голубянок (Lycaenidae), нимфалид (Nymphalinae) и других бабочек.

Синие и зеленые цвета у бабочек обычно связаны именно со структурной окраской. Причиной белой структурной окраски может быть рассеяние света от непигментированного хитина чешуек крыльев бабочек.

3) Сочетание пигментной и структурной окраски. Красивый фиолетовый цвет у некоторых бабочек является сочетанием красной пигментной и синей структурной окраски.

Представители семейства парусников (Papilionidae) окрашены папилиохромами, среди которых наиболее известен желтый пигмент папилиохром II. В желтых, кремовых и оранжевых чешуйках крыльев содержится папилиохром II, а в черных – меланин. Синие чешуйки не имеют пигмента и окрашены благодаря оптическим эффектам, т.е. являются примером структурной окраски.

Одна из самых красивых бабочек – подалирий Iphiclides podalirius (семейство парусников Papilionidae)

Синие чешуйки бабочки адмирал содержат небольшое количество меланина. Но их цвет вызван не этим пигментом, т.к. он черный, а связан со структурным окрашиванием.

Химическая (пигменты флавоноиды и меланины) и структурная окраска присутствует в крыльях голубянки Икар (Polyommatus icarus). Она относиться к семейству голубянок (Lycaenidae). Синяя окраска верхней поверхности крыльев самцов этого вида имеет структурное происхождение, а коричневая окраска крыльев самок обусловлена накоплением флавоноидов. Внутренняя поверхность крыльев самок и самцов имеет пигментный рисунок.

Голубянка Икар Polyommatus icarus (самец и самка)

Зачем им нужна такая красота

Окраска выполняет функцию коммуникации между самими бабочками и окружающим миром. Она может происходить на нескольких уровнях.

1) Половая коммуникация. По окраске особи распознают друг друга.

2) Защитная (камуфляжная) функция. Окраска бабочки помогает ей быть незаметной в окружающей среде.

3) Апосематическая демонстрация (демонстрация предостерегающей окраски). Здесь, наоборот, цель – привлечь внимание. С помощью яркой окраски некоторые бабочки сигнализируют хищникам о своей несъедобности или ядовитости. Ну а если хищник попробует такую опасную красотку, то в следующий раз этого уже не сделает.

Опасная токсичная красотка, пестрянка таволговая Zygaena filipendulae, так и предостерегает.

Красный цвет – всем хищникам стоп. Чем не чешуекрылый светофор!

Для некоторых бабочек яркой привлекающей раскраски мало. Они могут производить еще и отравляющие вещества. Такой бабочкой является пестрянка таволговая Zygaena filipendulae (семейство пестрянки Zygaenidae). Она имеет не только ярко-красные пятна на крыльях. Эта токсичная красавица способна выделять отравляющее вещество циановодород HCN. Он образуется при распаде цианогенных гликозидов линамарина и лотавстралина, которые накапливаются у бабочки от ее личинки. В организм личинки они попадают с пищей. Хотя бабочка способна синтезировать эти вещества самостоятельно. Удивительно, но самки используют циановодород еще и для привлечения самцов. Причем, чем больше выделяет самец циановодорода, тем он привлекательней для самки! Вот и получается, что циановодород – яд для хищников, но благо для половой коммуникации пестрянок.

Л.А. Яковишин