Các thí nghiệm phát hiện với con người chỉ ra rằng săn mồi bằng thị giác là yếu tố thúc đẩy động lực biến đổi đa hình sắc màu ở dế nhỏ

Springer Science and Business Media LLC - Tập 13 Số 1 - 2013
Einat Karpestam1, Sami Merilaita2, Anders Forsman1
1Ecology and Evolution in Microbial Model Systems, EEMIS, Department of Biology and Environmental Science, Linnaeus University, Kalmar, SE-391 82, Sweden
2Behavioural and Evolutionary Ecology Group, Environmental and Marine Biology, Department of Biosciences, Åbo Akademi University, Turku, FI-20520, Finland

Tóm tắt

Tóm tắt Đặt vấn đề Mẫu màu sắc của động vật cung cấp hệ thống mô hình tốt cho các nghiên cứu về đa dạng sinh học và tiến hóa của các thích nghi địa phương. Một phương pháp ngày càng phổ biến để nghiên cứu vai trò của lựa chọn cho sự ngụy trang trong các con đường tiến hóa của mẫu màu sắc động vật là trình bày hình ảnh của con mồi trên giấy hoặc màn hình máy tính cho ‘nhà săn mồi’ là con người. Tuy nhiên, chỉ có rất ít nỗ lực đã được thực hiện để xác nhận rằng tỷ lệ phát hiện của con người có thể dự đoán được các mẫu lựa chọn và sự biến đổi tiến hóa của mẫu màu sắc con mồi trong tự nhiên. Trong nghiên cứu này, chúng tôi trước tiên phân tích các cuộc gặp gỡ giữa ‘nhà săn mồi’ là con người và hình ảnh của các dạng màu sắc tự nhiên đen, xám và sọc của loài dế nhỏ đa hình Tetrix subulata được trình bày trên các hình nền của các môi trường sống tự nhiên chưa bị cháy, trung bình hoặc đã hoàn toàn cháy. Tiếp theo, chúng tôi so sánh tỷ lệ phát hiện với ước lượng tỷ lệ bắt giữ và tồn tại của các con dế tự do, và với các ước lượng về tần suất dạng màu tương đối trong các quần thể tự nhiên. Kết quả Tỷ lệ dế bị phát hiện và thời gian phát hiện phụ thuộc vào cả mẫu màu sắc của con mồi và loại nền thị giác. Dế được phát hiện thường xuyên và nhanh hơn trên các nền chưa bị cháy hơn là trên các nền đã bị cháy 50% và 100%. Con mồi sọc được phát hiện ít hơn so với con mồi xám hoặc đen trên các nền chưa bị cháy; con mồi xám được phát hiện nhiều hơn so với con mồi đen hoặc sọc trên các nền bị cháy 50%; và con mồi đen được phát hiện ít hơn so với con mồi xám trên các nền đã cháy 100%. Tỷ lệ phát hiện tương ứng với tỷ lệ bắt giữ đã được báo cáo trước đây của con người đối với dế tự do, cũng như tồn tại đặc trưng của dạng màu trong tự nhiên. Tỷ lệ phát hiện cũng được liên kết với tần suất của các dạng sọc, đen và xám trong mẫu T. subulata từ các quần thể tự nhiên đã chiếm các loại môi trường sống ba loại được sử dụng cho thí nghiệm phát hiện.

Từ khóa

#động vật #màu sắc #săn mồi bằng thị giác #sự ngụy trang #tiến hóa #đa hình sắc màu #dế nhỏ

Tài liệu tham khảo

Mappes J, Marples N, Endler JA: The complex business of survival by aposematism. Trends Ecol Evol. 2005, 20 (11): 598-603. 10.1016/j.tree.2005.07.011.

Ruxton GD, Sherratt TN, Speed M: Avoiding attack: the evolutionary ecology of crypsis, warning signals and mimicry. 2004, Oxford: Oxford University Press

Stevens M, Merilaita S: Animal camouflage: current issues and new perspectives. Phil Trans R Soc B. 2009, 364: 423-427. 10.1098/rstb.2008.0217.

Hoekstra HE, Drumm KE, Nachman MW: Ecological genetics of adaptive color polymorphism in pocket mice: geographic variation in selected and neutral genes. Evolution. 2004, 58 (6): 1329-1341.

Forsman A: Opposing fitness consequences of color pattern in male and female snakes. J Evol Biol. 1995, 8 (1): 53-70. 10.1046/j.1420-9101.1995.8010053.x.

Pellissier L, Wassef J, Bilat J, Brazzola G, Buri P, Colliard C, Fournier B, Hausser J, Yannic G, Perrin N: Adaptive colour polymorphism of Acrida ungarica H. (Orthoptera: Acrididae) in a spatially heterogeneous environment. Acta Oecol. 2011, 37 (2): 93-98. 10.1016/j.actao.2010.12.003.

Forsman A, Karlsson M, Wennersten L, Johansson J, Karpestam E: Rapid evolution of fire melanism in replicated populations of pygmy grasshoppers. Evolution. 2011, 65 (9): 2530-2540. 10.1111/j.1558-5646.2011.01324.x.

Kettlewell HBD: A resume of investigations on the evolution of melanism in the lepidoptera. Proc R Soc B. 1956, 145 (920): 297-303. 10.1098/rspb.1956.0037.

Cook LM, Cowie RH, Jones JS: Change in morph frequency in the snail Cepaea nemoralis on the Marlborough Downs. Heredity. 1999, 82: 336-342. 10.1038/sj.hdy.6884920.

Ozgo M: Rapid evolution in unstable habitats: a success story of the polymorphic land snail Cepaea nemoralis (Gastropoda: Pulmonata). Biol J Linn Soc. 2011, 102 (2): 251-262. 10.1111/j.1095-8312.2010.01585.x.

Roberts JL, Brown JL, Schulte R, Arizabal W, Summers K: Rapid diversification of colouration among populations of a poison frog isolated on sky peninsulas in the central cordilleras of Peru. J Biogeogr. 2007, 34 (3): 417-426. 10.1111/j.1365-2699.2006.01621.x.

Hughes JM, Mather PB: Evidence for predation as a factor in determining shell color frequencies in a mangrove snail littorina sp (prosobranchia, littorinidae). Evolution. 1986, 40 (1): 68-77. 10.2307/2408604.

Bonte D, Maelfait JP: Colour variation and crypsis in relation to habitat selection in the males of the crab spider Xysticus sabulosus (Hahn, 1832) (Araneae : Thomisidae). Belg J Zool. 2004, 134 (2): 3-7.

Merilaita S: Habitat heterogeneity, predation and gene flow: colour polymorphism in the isopod. Idotea baltica. Evol Ecol. 2001, 15 (2): 103-116. 10.1023/A:1013814623311.

Nosil P, Sandoval CP, Crespi BJ: The evolution of host preference in allopatric vs. parapatric populations of Timema cristinae walking-sticks. J Evol Biol. 2006, 19 (3): 929-942. 10.1111/j.1420-9101.2005.01035.x.

Sandoval CP: Differential visual predation on morphs of Timema cristinae (phasmatodeae, timemidae) and its consequences for host-range. Biol J Linn Soc. 1994, 52 (4): 341-356. 10.1111/j.1095-8312.1994.tb00996.x.

Tsurui K, Honma A, Nishida T: Camouflage effects of various colour-marking morphs against different microhabitat backgrounds in a polymorphic pygmy grasshopper tetrix japonica. PLoS One. 2010, 5 (7): e11446-10.1371/journal.pone.0011446.

Bond AB, Kamil AC: Visual predators select for crypticity and polymorphism in virtual prey. Nature. 2002, 415 (6872): 609-613. 10.1038/415609a.

Byers BA: Habitat-choice polymorphism associated with cryptic shell-color polymorphism in the limpet lottia-digitalis. Veliger. 1989, 32 (4): 394-402.

Endler JA: Natural-selection on color patterns in poecilia-reticulata. Evolution. 1980, 34 (1): 76-91. 10.2307/2408316.

Endler JA: Natural selection in the wild. 1986, Princeton, NJ: Princeton University Press

Kawecki TJ, Ebert D: Conceptual issues in local adaptation. Ecol Lett. 2004, 7: 1225-1241. 10.1111/j.1461-0248.2004.00684.x.

Arnold SJ, Wade MJ: On the measurement of natural and sexual selection: theory. Evolution. 1984, 38 (4): 709-719. 10.2307/2408383.

Gendron RP, Staddon JER: A laboratory simulation of foraging behavior: the effect of search rate on the probability of detecting prey. Am Nat. 1984, 124 (3): 407-415. 10.1086/284281.

Penney HD, Hassall C, Skevington JH, Abbott KR, Sherratt TN: A comparative analysis of the evolution of imperfect mimicry. Nature. 2012, 483 (7390): 461-464. 10.1038/nature10961.

Beatty CD, Bain RS, Sherratt TN: The evolution of aggregation in profitable and unprofitable prey. Anim Behav. 2005, 70: 199-208. 10.1016/j.anbehav.2004.09.023.

Todd PA: Testing for camouflage using virtual prey and human ‘predators’. J Biol Edu. 2009, 43: 81-84. 10.1080/00219266.2009.9656156.

Karpestam E, Merilaita S, Forsman A: Reduced predation risk for melanistic pygmy grasshoppers in post-fire environments. Ecol & Evol. 2012, 2: 2204-2212. 10.1002/ece3.338.

Forsman A, Appelqvist S: Experimental manipulation reveals differential effects of colour pattern on survival in male and female pygmy grasshoppers. J Evol Biol. 1999, 12 (2): 391-401. 10.1046/j.1420-9101.1999.00041.x.

Holst KT: The Saltatoria of Northern Europe. Fauna Entomol Scand. 1986, 16: 1-127.

Rehn JAG, Grant HJJ: Tetrix subulata (Orthoptera; Acridoidea; Tetrigidae) as occurring in North America. Proc Acad Nat Sci Phila. 1955, 107: 145-165.

Forsman A, Appelqvist S: Visual predators impose correlational selection on prey color pattern and behavior. Behav Ecol. 1998, 9 (4): 409-413. 10.1093/beheco/9.4.409.

Civantos E, Ahnesjö J, Forsman A, Martin J, Lopez P: Indirect effects of prey coloration on predation risk: pygmy grasshoppers versus lizards. Evol Ecol Res. 2004, 6 (2): 201-213.

Merilaita S, Tuomi J, Jormalainen V: Optimization of cryptic coloration in heterogeneous habitats. Biol J Linn Soc. 1999, 67: 151-161. 10.1111/j.1095-8312.1999.tb01858.x.

Levene H: Genetic equilibrium when more than one niche is available. Am Nat. 1953, 87: 331-333. 10.1086/281792.

Levins R: Evolution in changing environments. 1968, Princeton: Princeton University Press

Hedrick PW: Genetic polymorphism in heterogeneous environments: The age of genomics. Ann Rev Ecol Syst. 2006, 37: 67-93. 10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110132.

Frank SA, Slatkin M: Evolution in a variable environment. Am Nat. 1990, 136 (2): 244-260. 10.1086/285094.

Merilaita S: Crypsis through disruptiv coloration in an isopod. Proc R Soc B. 1998, 265: 1059-1064. 10.1098/rspb.1998.0399.

Cuthill IC, Stevens M, Sheppard J, Maddocks T, Párraga CA, Troscianko TS: Disruptive coloration and background pattern matching. Nature. 2005, 434: 72-74. 10.1038/nature03312.

Skelhorn J, Rowland HM, Ruxton GD: The evolution and ecology of masquerade. Biol J Linn Soc. 2010, 99 (1): 1-8.

Kjernsmo K, Merilaita S: Background choice as an anti-predator strategy: the roles of background matching and visual complexity in the habitat choice of the least killifish. Proc R Soc B. 2012, 279: 4192-4198. 10.1098/rspb.2012.1547.

Gillis JE: Substrate color-matching cues in the cryptic grasshopper Circotettix rabula rabula (Rehn and Hebard). Anim Behav. 1982, 30: 113-116. 10.1016/S0003-3472(82)80244-3.

Ahnesjö J, Forsman A: Differential habitat selection by pygmy grasshopper color morphs; interactive effects of temperature and predator avoidance. Evol Ecol. 2006, 20 (3): 235-257. 10.1007/s10682-006-6178-8.

Karpestam E, Forsman A: Dietary differences among colour morphs of pygmy grasshoppers revealed by behavioural experiments and stable isotopes. Evol Ecol Res. 2011, 13: 461-477.

Caesar S, Karlsson M, Forsman A: Diversity and relatedness enhance survival in colour polymorphic grasshoppers. PLoS One. 2010, 5 (5): e10880-10.1371/journal.pone.0010880.

Bock CE, Bock JH, Grant MC: Effects of bird predation on grasshopper densities in an arizona grassland. Ecology. 1992, 73 (5): 1706-1717. 10.2307/1940022.

King RB: Colour pattern polymorphism in the Lake Erie water snake, Nerodia sipedon insularum. Evolution. 1987, 41: 241-255. 10.2307/2409135.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Tập 13 Số 1

Thông tin tác giả