Вы никогда не задумывались, почему бабочки такие красивые? Ведь это им вроде бы ни для чего не нужно. Ученые, кажется, нашли разгадку. И она связана с кораблями Первой мировой войны
0
Глядя на махаона или даже простую крапивницу, задумываешься — зачем природа создала такое красивое существо? Привычные объяснения вроде камуфляжной окраски с бабочками не работают: ну на каком фоне можно спрятаться с такой яркой окраской, тем более в лесу? Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает решение этой загадки. Биологи уже давно предполагали, что контрастные разноцветные орнаменты сбивают с толку зрительную систему хищника, мешая ему точно оценить скорость и направление движения жертвы. Эта гипотеза, получившая название эффекта ослепляющего движения, до сих имела мало эмпирических подтверждений. Новая работа подводит под нее надежную экспериментальную базу.
Загадка зебры: как связаны яркая окраска животных и их желание обезопасить себя от хищниковОкраска многих животных эволюционировала, чтобы скрывать их от хищников. Но почему некоторые существа вместо того, чтобы скромно сливаться с фоном или притворяться листиком, буквально бросаются в глаза дерзкими цветами и контрастными узорами? Иногда ответ очевиден. Например, окрашенные в кислотные цвета лягушки-древолазы так предупреждают хищников о том, что ядовиты. Но есть животные, чья яркая внешность кажется необъяснимой.
Классический пример такой эволюционной загадки — зебра. Зебра не ядовита. И в открытых саваннах видна издалека из-за своих контрастных полос. Существует множество предположений по поводу того, зачем зебре нужна такая окраска. Возможно, она делает животное менее заметным в высокой траве или в сумерках. Может быть, из-за полосок зебра кажется крупнее, чем она есть. Возможно, в стаде полоски сливаются, сбивая хищников с толку. Однако ни одна из этих гипотез не была подтверждена эмпирически.
Martin Harvey / Shutterstock
Ученые давно предполагали, что разгадка кроется в движении. В классическом случае камуфляжной окраски, когда животное сливается с фоном, движение приносит только вред. Оно может свести на нет даже самую эффективную маскировку, делая жертву более заметной для хищника. Именно поэтому защитная окраска часто сочетается с таким же поведением: затаиванием и замиранием.
Однако в случае контрастных узоров движение может создавать обратный эффект. Такая окраска способна создавать иллюзию, искажая восприятие хищника. Это приводит к тому, что он неправильно оценивает скорость и направление движения жертвы. Предполагается, что такой эффект ослепляющего движения (по-английски — motion dazzle effect) создают полосы зебр и контрастные узоры некоторых ящериц и змей. Но убедительных доказательств пока мало. В первую очередь потому, что исследования, изучавшие эффект контрастных узоров на восприятие, проводили без учета движения животных. Ученые анализировали окраску с помощью компьютерных симуляций (1, 2) или филогенетических
анализов.
Джордж Ханкок (George Hancock) и его коллеги из Эксетерского университета в Англии решили проверить эффект ослепляющего движения на бабочках. Узоры на их крыльях разнообразны, и есть много исследований, демонстрирующих их важность для терморегуляции, мимикрии и камуфляжа. Но зачем некоторым бабочкам нужны именно высококонтрастные разноцветные узоры, до сих пор было не очень понятно.
Jun Yamamoto / Shutetrstock
В новой работе авторы предположили, что важнейшая функция узоров — создание иллюзии движения. На эту мысль наталкивают сразу несколько независимых наблюдений.
На первом этапе они отсняли взлеты бабочек на высокоскоростную камеру (тысяча кадров в секунду). Полученные видео пропустили через математическую модель, имитирующую работу базовых детекторов движения (Elementary Motion Detectors, EMD) — нейронных моделей, описывающих восприятие движущихся объектов в мозге большинства хищников. Искусственно убирая узоры с крыльев на видео, ученые смогли напрямую измерить, как зрительная система хищника реагирует на естественную контрастную окраску крыльев в сравнении с искусственно созданной однотонной окраской.
Движение Адмирала (Vanessa atalanta) и аналогичной «виртуальной» бабочки с полностью белыми крыльями. Левая и правая панели показывают поочередно стоп-кадры движения (CL), затем то, как это движение в полете должны видеть птицы, а последние два столбца — это возникающее искажение восприятия по двум осям, по ходу движения и в стороны.
Hancock et al., Nature, 2026
На втором этапе авторы создали цифровые симуляции полета (как со взмахами крыльев, так и без, на две тысячи кадров в секунду) для 757 различных морфотипов
, представляющих 397 видов европейских бабочек. Последние были выбраны потому, что в Европе почти нет ядовитых видов, защищенных предупреждающей окраской, зато там много бабочек с контрастными рисунками.
Затем с помощью машинного обучения исследователи идентифицировали 73 характеристики узоров на крыльях — от яркости и ориентации полос до формы и наличия тех самых «хвостиков». При этом учитывалось эволюционное родство видов друг с другом, а главная задача была в том, чтобы отследить особенности, которые сильнее всего искажали восприятие хищника на первом этапе анализа.
Следующим этапом была проверка предсказаний компьютерных моделей на живой нервной системе — на людях. Для этого авторы пригласили 100 добровольцев на роль хищников, пытающихся поймать бабочек. В ходе трех тысяч повторов эксперимента люди ловили пальцем летящих (на видео) насекомых пяти разных видов, прикасаясь к высокоскоростному сенсорному экрану.
И наконец, авторы воспроизвели в компьютерной системе сам процесс эволюции. Используя специальные алгоритмы, модель виртуальной эволюции in silico сгенерировала почти 60 тысяч уникальных узоров, а затем в течение многих поколений эволюционный алгоритм отбирал и скрещивал только те варианты, которые успешнее всего запутывали детекторы движения виртуальных хищников. Главной задачей было понять, придет ли такой математический отбор к тем же визуальным решениям, что и природа.
Круг показывает древо происхождения разных бабочек вместе с данными о степени искажения движения, которое дает их окраска. Видно, что бабочки с сильно камуфлирующей окраской встречаются в разных группах.Слева внизу на примере пяти разных бабочек показано, куда чаще всего целились люди, которые в ходе эксперимента должны были ловить бабочек на экране планшета. Видно, что основная часть попаданий приходится на нижний край заднего крыла — и в большинтсве случаев люди промахиваются.
Hancock et al., Nature, 2026
Люди-хищники: почему эксперимент, похоже, получился успешнымРезультаты этого всестороннего анализа оказались впечатляющими. Высокоскоростная видеосъемка подтвердила, что контрастные узоры в сочетании с машущим полетом генерируют ложные оптические сигналы: когда бабочка летит вперед, детекторы движения в мозге хищника удивительным образом фиксируют противоположное движение — назад или в сторону.
Причем хищник путается сразу в двух направлениях: продольная дезориентация заставляет его ошибаться в оценке скорости жертвы, а поперечная — создает сбой в оценке траектории.
Анализ узоров на крыльях европейских бабочек в сочетании с машинным обучением показал, что сильнее всего эту иллюзию создают четкие вертикальные полосы на крыльях, их контрастные края, высокая яркость задних крыльев и наличие на них «хвостиков». Особенно ярко все эти особенности выражены у парусников (Papilionidae). Эти бабочки часто чередуют машущий полет с планированием, и анализ показал, что узоры на их крыльях идеально откалиброваны эволюцией под оба режима: машущий полет создает продольную дезориентацию, а планирующий — поперечную. Получается, что броская и вызывающая окраска защищает насекомое от хищников на всех этапах движения.
Эксперименты на людях в роли хищников подтвердили математические расчеты. Пытаясь поймать бабочек с высокими показателями продольной дезориентации, участники эксперимента не просто промахивались. Они систематически нажимали на пустое место немного позади летящей цели, поскольку узор заставлял их недооценивать реальную скорость жертвы.
Наконец, самым впечатляющим подтверждением гипотезы ослепляющего движения стали итоги виртуальной эволюции. Математическая модель, задачей которой было создание идеальной иллюзии для обмана детекторов движения, в итоге сгенерировала узоры, которые на удивление точно совпадали с узорами на крыльях реальных бабочек.
Статистический анализ показал, что такие виртуальные крылья по своим особенностям оказались близки к настоящим видам и сильно отличались от случайно сгенерированных контрольных образцов.
Например, виртуальные бабочки, прошедшие отбор на создание эффекта продольной дезориентации, обзавелись характерными вертикальными полосами. А отбор на максимизацию т. н. общей энергии движения, направленной вперед (проще говоря, на то, чтобы хищнику казалось, что бабочка летит вперед), привел к появлению белых крыльев. В природе эту контринтуитивную стратегию используют бабочки-белянки (семейство Pieridae). Вместо того чтобы запутывать хищника узорами, их ослепительно белые крылья перегружают детекторы прямолинейного движения. В результате хищник переоценивает скорость, атакует с избыточным упреждением (перед летящей целью) и промахивается.
Один из важных объектов исследования — бабочка Адмирал (Vanessa atalanta)
ClaraHF / Shutetrstock
Корабли, крылья и хвосты: какую пользу может принести открытие английских ученыхВ совокупности эти эксперименты убедительно доказывают, что контрастные узоры на крыльях бабочек — это не только красиво (для нас), но и полезно (для бабочек). Это первое в эволюционной теории эмпирическое подтверждение гипотезы ослепляющего движения.
Помимо бабочек, в природе существует еще множество примеров контрастной окраски, которая предположительно несет ту же функцию. Да и не только в природе: например, во время Первой мировой войны на военных кораблях использовали ослепляющий камуфляж, состоящий из черно-белых полосок и узоров. Он аналогичным образом искажает очертания, затрудняя оценку скорости и траектории движения судна. Ту же практику пытались применять и во Вторую мировую, но с развитием радаров, которым полоски не мешают, от такого камуфляжа в итоге отказались.
Британский патрульный корабль HMS Kildangan в ослепляющем камуфляже
Collections of the Imperial War Museums
Американский боевой корабль в ослеплящем камуфляже в порту, 1918 год
Collection in the U.S. National Archives
Животные же используют его повсеместно. В самых разных эволюционных группах встречается огромное разнообразие вариантов контрастных узоров, предположительно работающих в сочетании с движением. Это и полоски машущих крыльями птиц, и контрастные пятна и полоски на подергивающихся хвостах ящериц или рыб, и, конечно, полоски на зебрах. В последнем случае аргументы в пользу камуфляжной роли окраски пока не такие надежные, как для бабочек, но в будущем это может измениться.
Загадка зебры: как связаны яркая окраска животных и их желание обезопасить себя от хищниковОкраска многих животных эволюционировала, чтобы скрывать их от хищников. Но почему некоторые существа вместо того, чтобы скромно сливаться с фоном или притворяться листиком, буквально бросаются в глаза дерзкими цветами и контрастными узорами? Иногда ответ очевиден. Например, окрашенные в кислотные цвета лягушки-древолазы так предупреждают хищников о том, что ядовиты. Но есть животные, чья яркая внешность кажется необъяснимой.
Классический пример такой эволюционной загадки — зебра. Зебра не ядовита. И в открытых саваннах видна издалека из-за своих контрастных полос. Существует множество предположений по поводу того, зачем зебре нужна такая окраска. Возможно, она делает животное менее заметным в высокой траве или в сумерках. Может быть, из-за полосок зебра кажется крупнее, чем она есть. Возможно, в стаде полоски сливаются, сбивая хищников с толку. Однако ни одна из этих гипотез не была подтверждена эмпирически.
Martin Harvey / Shutterstock
Ученые давно предполагали, что разгадка кроется в движении. В классическом случае камуфляжной окраски, когда животное сливается с фоном, движение приносит только вред. Оно может свести на нет даже самую эффективную маскировку, делая жертву более заметной для хищника. Именно поэтому защитная окраска часто сочетается с таким же поведением: затаиванием и замиранием.
Однако в случае контрастных узоров движение может создавать обратный эффект. Такая окраска способна создавать иллюзию, искажая восприятие хищника. Это приводит к тому, что он неправильно оценивает скорость и направление движения жертвы. Предполагается, что такой эффект ослепляющего движения (по-английски — motion dazzle effect) создают полосы зебр и контрастные узоры некоторых ящериц и змей. Но убедительных доказательств пока мало. В первую очередь потому, что исследования, изучавшие эффект контрастных узоров на восприятие, проводили без учета движения животных. Ученые анализировали окраску с помощью компьютерных симуляций (1, 2) или филогенетических
анализов.
Джордж Ханкок (George Hancock) и его коллеги из Эксетерского университета в Англии решили проверить эффект ослепляющего движения на бабочках. Узоры на их крыльях разнообразны, и есть много исследований, демонстрирующих их важность для терморегуляции, мимикрии и камуфляжа. Но зачем некоторым бабочкам нужны именно высококонтрастные разноцветные узоры, до сих пор было не очень понятно.
Jun Yamamoto / Shutetrstock
В новой работе авторы предположили, что важнейшая функция узоров — создание иллюзии движения. На эту мысль наталкивают сразу несколько независимых наблюдений.
- Во-первых, у многих видов дневных бабочек высококонтрастные узоры сочетаются с низкой частотой взмахов крыльев. Настолько низкой, что рисунок остается видимым для птиц. Возможно, это не простое совпадение.
- Во-вторых, дневные бабочки часто демонстрируют непредсказуемое поведение в полете. В сочетании с узорами и «хвостиками» (выростами на задних крыльях), такие маневры могут отвлекать хищников.
- Наконец, хотя дневные бабочки визуально очень заметны, на удивление мало хищников специализируется на охоте на них в полете. И напротив, на ночных бабочек (молей) множество хищных птиц охотится именно в полете. У молей не такие контрастные узоры, а частота взмахов крыльев выше, что, видимо, не позволяет создавать эффект ослепляющего движения.
На первом этапе они отсняли взлеты бабочек на высокоскоростную камеру (тысяча кадров в секунду). Полученные видео пропустили через математическую модель, имитирующую работу базовых детекторов движения (Elementary Motion Detectors, EMD) — нейронных моделей, описывающих восприятие движущихся объектов в мозге большинства хищников. Искусственно убирая узоры с крыльев на видео, ученые смогли напрямую измерить, как зрительная система хищника реагирует на естественную контрастную окраску крыльев в сравнении с искусственно созданной однотонной окраской.
Движение Адмирала (Vanessa atalanta) и аналогичной «виртуальной» бабочки с полностью белыми крыльями. Левая и правая панели показывают поочередно стоп-кадры движения (CL), затем то, как это движение в полете должны видеть птицы, а последние два столбца — это возникающее искажение восприятия по двум осям, по ходу движения и в стороны.
Hancock et al., Nature, 2026
На втором этапе авторы создали цифровые симуляции полета (как со взмахами крыльев, так и без, на две тысячи кадров в секунду) для 757 различных морфотипов
, представляющих 397 видов европейских бабочек. Последние были выбраны потому, что в Европе почти нет ядовитых видов, защищенных предупреждающей окраской, зато там много бабочек с контрастными рисунками.
Затем с помощью машинного обучения исследователи идентифицировали 73 характеристики узоров на крыльях — от яркости и ориентации полос до формы и наличия тех самых «хвостиков». При этом учитывалось эволюционное родство видов друг с другом, а главная задача была в том, чтобы отследить особенности, которые сильнее всего искажали восприятие хищника на первом этапе анализа.
Следующим этапом была проверка предсказаний компьютерных моделей на живой нервной системе — на людях. Для этого авторы пригласили 100 добровольцев на роль хищников, пытающихся поймать бабочек. В ходе трех тысяч повторов эксперимента люди ловили пальцем летящих (на видео) насекомых пяти разных видов, прикасаясь к высокоскоростному сенсорному экрану.
И наконец, авторы воспроизвели в компьютерной системе сам процесс эволюции. Используя специальные алгоритмы, модель виртуальной эволюции in silico сгенерировала почти 60 тысяч уникальных узоров, а затем в течение многих поколений эволюционный алгоритм отбирал и скрещивал только те варианты, которые успешнее всего запутывали детекторы движения виртуальных хищников. Главной задачей было понять, придет ли такой математический отбор к тем же визуальным решениям, что и природа.
Круг показывает древо происхождения разных бабочек вместе с данными о степени искажения движения, которое дает их окраска. Видно, что бабочки с сильно камуфлирующей окраской встречаются в разных группах.Слева внизу на примере пяти разных бабочек показано, куда чаще всего целились люди, которые в ходе эксперимента должны были ловить бабочек на экране планшета. Видно, что основная часть попаданий приходится на нижний край заднего крыла — и в большинтсве случаев люди промахиваются.
Hancock et al., Nature, 2026
Люди-хищники: почему эксперимент, похоже, получился успешнымРезультаты этого всестороннего анализа оказались впечатляющими. Высокоскоростная видеосъемка подтвердила, что контрастные узоры в сочетании с машущим полетом генерируют ложные оптические сигналы: когда бабочка летит вперед, детекторы движения в мозге хищника удивительным образом фиксируют противоположное движение — назад или в сторону.
Причем хищник путается сразу в двух направлениях: продольная дезориентация заставляет его ошибаться в оценке скорости жертвы, а поперечная — создает сбой в оценке траектории.
Анализ узоров на крыльях европейских бабочек в сочетании с машинным обучением показал, что сильнее всего эту иллюзию создают четкие вертикальные полосы на крыльях, их контрастные края, высокая яркость задних крыльев и наличие на них «хвостиков». Особенно ярко все эти особенности выражены у парусников (Papilionidae). Эти бабочки часто чередуют машущий полет с планированием, и анализ показал, что узоры на их крыльях идеально откалиброваны эволюцией под оба режима: машущий полет создает продольную дезориентацию, а планирующий — поперечную. Получается, что броская и вызывающая окраска защищает насекомое от хищников на всех этапах движения.
Эксперименты на людях в роли хищников подтвердили математические расчеты. Пытаясь поймать бабочек с высокими показателями продольной дезориентации, участники эксперимента не просто промахивались. Они систематически нажимали на пустое место немного позади летящей цели, поскольку узор заставлял их недооценивать реальную скорость жертвы.
Наконец, самым впечатляющим подтверждением гипотезы ослепляющего движения стали итоги виртуальной эволюции. Математическая модель, задачей которой было создание идеальной иллюзии для обмана детекторов движения, в итоге сгенерировала узоры, которые на удивление точно совпадали с узорами на крыльях реальных бабочек.
Статистический анализ показал, что такие виртуальные крылья по своим особенностям оказались близки к настоящим видам и сильно отличались от случайно сгенерированных контрольных образцов.
Например, виртуальные бабочки, прошедшие отбор на создание эффекта продольной дезориентации, обзавелись характерными вертикальными полосами. А отбор на максимизацию т. н. общей энергии движения, направленной вперед (проще говоря, на то, чтобы хищнику казалось, что бабочка летит вперед), привел к появлению белых крыльев. В природе эту контринтуитивную стратегию используют бабочки-белянки (семейство Pieridae). Вместо того чтобы запутывать хищника узорами, их ослепительно белые крылья перегружают детекторы прямолинейного движения. В результате хищник переоценивает скорость, атакует с избыточным упреждением (перед летящей целью) и промахивается.
Один из важных объектов исследования — бабочка Адмирал (Vanessa atalanta)
ClaraHF / Shutetrstock
Корабли, крылья и хвосты: какую пользу может принести открытие английских ученыхВ совокупности эти эксперименты убедительно доказывают, что контрастные узоры на крыльях бабочек — это не только красиво (для нас), но и полезно (для бабочек). Это первое в эволюционной теории эмпирическое подтверждение гипотезы ослепляющего движения.
Помимо бабочек, в природе существует еще множество примеров контрастной окраски, которая предположительно несет ту же функцию. Да и не только в природе: например, во время Первой мировой войны на военных кораблях использовали ослепляющий камуфляж, состоящий из черно-белых полосок и узоров. Он аналогичным образом искажает очертания, затрудняя оценку скорости и траектории движения судна. Ту же практику пытались применять и во Вторую мировую, но с развитием радаров, которым полоски не мешают, от такого камуфляжа в итоге отказались.
Британский патрульный корабль HMS Kildangan в ослепляющем камуфляже
Collections of the Imperial War Museums
Американский боевой корабль в ослеплящем камуфляже в порту, 1918 год
Collection in the U.S. National Archives
Животные же используют его повсеместно. В самых разных эволюционных группах встречается огромное разнообразие вариантов контрастных узоров, предположительно работающих в сочетании с движением. Это и полоски машущих крыльями птиц, и контрастные пятна и полоски на подергивающихся хвостах ящериц или рыб, и, конечно, полоски на зебрах. В последнем случае аргументы в пользу камуфляжной роли окраски пока не такие надежные, как для бабочек, но в будущем это может измениться.
