Затенение - Википедия - Countershading

Многие животные, такие как это серая рифовая акула, закрашены.
Иллюстрация художника Аббат Тайер 1909 год книга по камуфляжу Луны гусеница Actias luna
а) в положении б) перевернутом.

Затенение, или же Закон Тэера, это метод камуфляж в котором окраска животного темнее на верхней стороне и светлее на нижней стороне тела. Этот образец встречается у многих видов млекопитающие, рептилии, птицы, рыбы, и насекомые, обе хищники и добыча, и произошло по крайней мере с Меловой период.

Когда свет падает сверху на однородно окрашенный трехмерный объект, такой как сфера, он делает верхнюю сторону светлее, а нижнюю - темнее, переходя от одного к другому. Этот образец света и тени делает объект твердым, и поэтому его легче обнаружить. Классическая форма затенения, открытая художником в 1909 году. Эбботт Хендерсон Тайер, работает, уравновешивая эффект самозатенения, опять же обычно с градацией от темного к светлому. Теоретически это может быть полезно для военный камуфляж, но на практике он применялся редко, несмотря на все усилия Тайера, а затем и Вторая мировая война, зоолога Хью Котт.

Точная функция различных паттернов окраски животных, которые были названы контршейдингом, обсуждалась зоологами, такими как Ханна Роуленд (2009), с предположением, что может быть несколько функций, включая выравнивание и сопоставление фона при взгляде сбоку; совпадение фона при просмотре сверху или снизу, подразумевающее отдельные цветовые схемы для верхней и нижней поверхностей; очертить стирание сверху; и множество других, в значительной степени непроверенных, не маскирующих теорий. Связанный механизм, встречное освещение, добавляет создание света биолюминесценция или лампы, соответствующие фактической яркости фона. Противосветовой камуфляж распространен в морские организмы Такие как Кальмар. Он изучен до прототип сцена для военное использование на кораблях и самолетах, но он также редко или никогда не использовался в войне.

Обратное затенение, когда пигментация живота темнее, чем спина, усиливает контраст и делает животных более заметными. Он обнаружен у животных, которые могут защитить себя, таких как скунсы. Шаблон используется как в поразительные или диматические проявления и как сигнал к предупредить опытные хищники. Однако животные, которые обычно живут вверх ногами, но лишены сильной защиты, такой как Нильский сом и Лунный мотылек гусеницы, имеют перевернутую затенку для маскировки.

Раннее исследование

Патентная заявка Тэера 1902 г. Ему не удалось убедить ВМС США.

В английский зоолог Эдвард Бэгнолл Поултон, автор Цвета животных (1890) обнаружил обратное затенение различных насекомых, в том числе куколки или куколка фиолетовой бабочки-императора, Апатуральный ирис,[1] гусеницы серной моли, Opisthograptis luteolata [а] и моль перечной, Biston Betularia.[b][2][3] Однако он не использовал термин «затенение» и не предполагал, что эффект имел место широко.[4]

Тэйер «Белая птица, лишенная затенения на плоской белой ткани».
Фотография 1917 года, сделанная Тейером, который был одержим ошибочной идеей о том, что все животные имеют обратную штриховку.[5] Модель слева традиционно замаскирована и видна, тогда как другая модель справа настолько тщательно закрашена, что фактически невидима.[6]

В Нью-Гемпшир художник Эбботт Хендерсон Тайер был одним из первых, кто изучал и писал о контршейдинге. В своей книге 1909 года Маскировка-окраска в животном мире, он правильно описал и проиллюстрировал закраску с фотографиями и картинами, но ошибочно утверждал, что почти все животные закрашены.[7] По этой причине затенение иногда называют законом Тэера. Тайер писал:

Животные нарисованы Природой самыми темными на тех участках, которые обычно наиболее освещены светом неба, и наоборот. ... тот факт, что подавляющее большинство существ всего животного царства носят эту градацию, развитую до изысканно малой степени и известны тем, что их трудно увидеть в своих домах, говорит сам за себя.

— Тайер[8]

Тайер наблюдал и рисовал несколько примеров, в том числе гусеницу лунного мотылька. Actias luna, как в его обычном перевернутом положении для кормления, где его затенение делает его плоским, так и искусственно перевернутым из этого положения, где солнечный свет и его перевернутое затенение объединяются, чтобы он выглядел сильно затененным и, следовательно, твердым.[9] В 1902 году Тайер получил патент на окраску боевых кораблей. подводные лодки и надводные корабли, используя затенение,[10] но не смог убедить ВМС США принять его идеи.[11]

Хью Бэмфорд Котт в его книге 1940 года Адаптивная окраска животных описал множество случаев затенения, следуя общему подходу Тайера[12] но критикуя чрезмерное утверждение Тайера («Он говорит:« Все узоры и цвета всех животных, которые когда-либо охотятся или становятся жертвами, при определенных нормальных обстоятельствах стираются »), что фактически все животные замаскированы с помощью контршейтинга. Котт назвал это «Тайером, доводящим теорию до фантастического предела».[13]

И Тайер, и Котт включили в свои книги фотографии белого петуха без закраски на белом фоне, чтобы подчеркнуть, что, по словам Тейера, «монохромный объект не может быть« стерто », на каком бы фоне он ни находился»[14] или, говоря словами Котта, «одного лишь цветового сходства недостаточно для сокрытия».[15] Котт объяснил, что

Вопреки тому, что можно было ожидать от человека, не обладающего художественным восприятием, птица кажется очень заметной, спина выглядит светлее, а грудь темнее, чем фон, хотя на самом деле спина, фон и грудка полностью белые. "[16]

Заявление

У животных

Козероги эффектно сглаживаются за счет затенения, что делает их почти невидимыми на фоне пустыни. На изображении их три.

Затенение наблюдается у широкого круга групп животных, как наземных, таких как олень, и морские, такие как акулы.[17] Это основа маскировки как у хищников, так и у жертв.[18] Он используется вместе с другими формами камуфляжа, включая подбор цвета и разрушающее окрашивание.[18] Среди хищных рыбок серый окунь, Lutianus griseus, эффективно сглаживается его затенением, в то время как он охотится на «почти невидимую» добычу, рыбу с твердой головой, Латицепс атерина который плывет по сероватым пескам.[19] К другим морским животным с полутоновым оттенком относятся: синяя акула, сельдь, и дельфин; в то время как рыба, такая как скумбрия и сержант рыба оба затенены и узорчатые полосы или пятна.[20]

Он тонизирует холст, на котором нарисованы пятна леопарда, полосы тигра ... Это платье, которое почти повсеместно носят грызуны ... Это основная униформа, принятая кони, ослами, антилопами, оленями ... Она повторяется широко среди сумчатых ... Он обеспечивает базовую окраску для подавляющего большинства змей, ящериц и амфибий. Среди насекомых он достигает прекрасного совершенства у разных гусениц и кузнечиков. ... Однако именно в реках и в поверхностных водах моря противозатенение достигает своего максимального развития и значения.

— Хью Котт[18]

Затенение существовало у морских рептилий в Меловой период. Окаменелые кожа, пигментированная эумеланином темного цвета, показывает, что оба кожистые черепахи и мозазавры была темная спина и светлые животы.[21] В орнитисхий динозавр Пситтакозавр аналогичным образом, похоже, был затенен, что означает, что хищники обнаруживали свою добычу, определяя форму по затенению. Моделирование предполагает, что динозавр был оптимально затенен для замкнутой среды обитания, такой как лес.[22]

Связанный механизм: встречное освещение

Другая форма маскировки животных использует биолюминесценция для увеличения средней яркости животного в соответствии с яркостью фона.[23] Это называется встречное освещение. Часто встречается в середине воды пелагический особенно рыбы и беспозвоночные Кальмар. Это делает встречно-освещенное животное практически невидимым для хищников, наблюдающих за ним снизу.[24] Таким образом, маскировку с противосветовой подсветкой можно рассматривать как расширение, выходящее за рамки того, чего можно достичь с помощью затенения. Там, где затенение только закрашивает тени, противоосвещение может добавить реальный свет, обеспечивая эффективную маскировку в меняющихся условиях, в том числе там, где фон достаточно яркий, чтобы животное, которое не подсвечено, выглядело как тень.[25]

Военный

Затенение, как встречное освещение, редко применялся на практике для военный камуфляж Но не потому, что об этом не знали военные власти. Оба Abbott Thayer в Первая мировая война и Хью Котт во время Второй мировой войны предлагал противопоставить вооруженным силам своих стран. Каждый из них продемонстрировал эффективность затенения, не сумев убедить свои вооруженные силы принять эту технику, хотя в целом они повлияли на военное использование камуфляжа.[11]

Котт был протеже Джон Грэм Керр кто поссорился с Норман Уилкинсон в Первой мировой войне о ослепительный камуфляж для кораблей. Уилкинсон оставался влиятельным в 1939 году в качестве инспектора камуфляжа, поэтому возник политический аргумент. Котту предложили замаскировать 12-дюймовое орудие, установленное на рейке, вместе с аналогичным орудием, замаскированным обычным способом. Котт тщательно скомбинировал разрушительный контраст, чтобы разбить очертания ствола ружья, с затенением, чтобы сделать его цельный цилиндр более плоским. Затем ружья были сфотографированы с воздуха под разными углами, и, по мнению Питера Форбса, «результаты были замечательными».[26] Пистолет Котта «невидим, за исключением самого внимательного взгляда того, кто точно знает, где искать и что искать. Другой пистолет всегда хорошо виден». Власти колебались, выглядя смущенными свидетельством того, что Котт был прав, и утверждали, что затенение будет слишком сложно использовать, поскольку для наблюдения за каждой установкой потребуется опытный зоолог. Котт был опубликован на Ближний Восток, и Керр безуспешно вмешался, умоляя нарисовать оружие, чтобы Котт был в пути, а Котт привезли домой.[27]

Австралийский зоолог Уильям Дакин в своей книге 1941 г. Искусство камуфляжа последовал за Тейером в подробном описании затенения, и в 1942 году книга была переиздана как военный справочник. Дакин фотографировал модели птиц, во многом так же, как Тейер и Котт, и утверждал, что плечи и руки боевой формы должны быть затенены.[28]

Затенение было описано в 1943 г. Принципы камуфляжа, где после четырех параграфов теории и одного о ее использовании в природе дается следующий совет:[29]

Верхние поверхности должны быть окрашены и текстурированы, чтобы соответствовать цвету и тону окружающей местности (фону), а боковые стороны должны быть градуированы и тонированы от этого до белый которые должны быть окрашены под поверхностями и частями в тени.[29]

Изобретатели продолжали отстаивать военное использование затенения, например, в 2005 г. в США был выдан патент на личный камуфляж, включающий затенение в форме «статистического противодействия окрашиванию» с различными размерами закругленных темных пятен на более светлом фоне.[30]

Исследование Ариэля Танкуса и Йехезкеля Йешуруна по «нарушению камуфляжа», автоматическому обнаружению таких объектов, как танки, показали, что анализ изображений для выпуклость при поиске градуированных теней можно «разрушить очень сильный камуфляж, который может ввести в заблуждение даже зрителей». Точнее, изображения ищутся в местах, где градиент яркости пересекает ноль, например, линия, где тень перестает становиться темнее и снова начинает светлее. Эта техника позволила избежать маскировки с помощью разрушения краев, но авторы заметили, что животные с контршейдингом Тейера используют «контрмеры для детекторов на основе выпуклости», что подразумевает «хищников, использующих детекторы на основе выпуклости».[31]

Функция

Затенение действует как форма камуфляж «закрашивая» самозатенение тела или объекта. Результатом является «плоский» внешний вид вместо «твердого» внешнего вида (с визуальной выпуклостью) тела до затенения.

Ханна Роуленд, анализируя затенение через 100 лет после Эбботта Тейера, заметила, что затенение, которое она определяет как «более темную пигментацию на тех поверхностях, которые подвергаются наибольшему освещению», является распространенным, но малоизученным аспектом окраска животных.[4] Она отметила, что было «много споров» о том, как работает затенение.[32] Она рассмотрела доказательства теории Тейера о том, что это действует как камуфляж, «уменьшая затенение вентральной части», и рассмотрела альтернативные объяснения противозатенения.[4]

Теории маскировки затенения, писал Роуленд, включают «маскировку собственной тени, которая приводит к лучшему совпадению фона при взгляде сбоку»; «маскировка собственной тени, которая сглаживает форму при взгляде сбоку»; «совпадение фона при взгляде сверху или снизу»; и «стирание контуров тела при взгляде сверху».[4] Они по очереди рассматриваются ниже.

Сглаживание и соответствие фона при взгляде сбоку

Squirrel oriented horizontally
При горизонтальной ориентации затенение серая белка, Sciurus carolinensis, помогает «закрасить» его вентральную тень.
Squirrel oriented vertically
При вертикальном положении бледный живот серой белки скорее бросается в глаза, чем замаскирован.

Котт, как и Тайер, утверждал, что за счет затенения животных будет трудно увидеть со стороны, поскольку они «превратятся в призрачную неуловимость».[33] Роуленд отмечает, что Котт здесь рассматривает теорию Тейера и «укрепляет мнение о том, что градация затенения будет действовать, чтобы устранить эффекты затенения вентральной части».[4] Килти измерил эффект затенения серая белка, Sciurus carolinensis, показывая, что когда белка находится в горизонтальном положении, самозатенение живота частично скрывается, но когда белка находится в вертикальном положении (например, при лазании по стволу дерева), этого эффекта не происходит.[34]

Первоначальный аргумент Тэера, повторно сформулированный Коттом,[33] заключалась в том, что природа сделала прямо противоположное с затенением, которое художник делал с краской, создавая иллюзию твердой трехмерности, а именно противодействовал эффекту тени для сглаживания формы. Затенение - мощный сигнал, используемый животными в разных тип для определения формы предметов. Исследования с цыплятами показали, что они предпочитают клевать зерна с падающими под ними тенями (как если бы они были освещены сверху), поэтому и люди, и птицы могут использовать затенение как признак глубины.[4][35]

Соответствие фона сверху или снизу

Скумбрия, Скомбер скомбрус, как и многие пелагический рыба, темная сверху, бледная снизу, маскирующая ее на фоне океанских глубин и яркой поверхности.[c]

Совершенно другая функция окраски животных (и военной техники) заключается в том, чтобы по-разному маскировать верхнюю и нижнюю поверхности, чтобы они соответствовали их фону ниже и выше соответственно. Это было отмечено, например, Фрэнк Эверс Беддард в 1892 г .:

Среди пелагический у рыб обычно верхняя поверхность темная, а нижняя - белая, так что животное не бросается в глаза при взгляде сверху или снизу.

— Фрэнк Эверс Беддард[36]
Верх / низ закрашен[d] Грумман F6F Hellcat

Ранние исследователи, включая Альфред Рассел Уоллес,[37] Беддард,[38] Котт[39] и Крейк[40] утверждал, что у морских животных, в том числе пелагический рыба, такая как марлин и скумбрия, а также дельфины, акулы, и пингвины верхняя и нижняя поверхности резко различны по тону, с темной верхней поверхностью и часто почти белой нижней поверхностью. Они предположили, что если смотреть сверху, темнее спинной поверхность животного предлагала камуфляж от тьмы глубокой воды внизу. Если смотреть снизу, более светлая брюшная область точно так же будет обеспечивать наименьший возможный контраст с залитой солнцем поверхностью океана наверху.[4] Есть некоторые свидетельства этого у птиц, у которых птицы, которые ловят рыбу на средней глубине, а не на поверхности или на морском дне, чаще окрашиваются таким образом, и жертва этих птиц будет видеть только нижнюю сторону птица.[41] Роуленд пришел к выводу, что каждую возможную роль паттернов окраски, объединенных вместе как «противоттенки», необходимо оценивать отдельно, а не просто предполагать, что они действуют эффективно.[4]

Очерченное стирание сверху

Роуленд (2009) выявил дополнительный механизм затенения, который ранее не анализировался, а именно то, что круглое тело, такое как освещенный цилиндр, если смотреть сверху, похоже, имеет темные стороны. Используя графический инструмент, она продемонстрировала, что этот эффект можно сгладить путем затенения. Поскольку известно, что хищники используют края для идентификации добычи, противодействие затенению, по ее мнению, может затруднить обнаружение добычи при взгляде сверху.[4]

Некамуфляжные теории

Некамуфляжные теории включают защиту от ультрафиолетовый свет; терморегуляция; и защита от истирания. По словам Роуленда, все три из этих «правдоподобных» теорий оставались в основном непроверенными в 2009 году.[4]

Свидетельство

Морской слизень Glaucus atlanticus плавает и закрашивается вверх ногами.

Несмотря на демонстрации и примеры, приведенные Коттом и другими, за столетие, прошедшее после открытия Тэера, было собрано мало экспериментальных доказательств эффективности затенения. Эксперименты 2009 года с использованием искусственной добычи показали, что объекты с затененным цветом действительно имеют преимущества для выживания.[42] а в 2012 году исследование Уильяма Аллена и его коллег показало, что затенение у 114 видов жвачные животные близко совпадающие прогнозы для "маскировки собственной тени", функции, предсказанной Поултоном, Тейером и Коттом.[43]

Механизм

Эволюционная биология развития собрал доказательства из эмбриология и генетика чтобы показать, как эволюция действовал на всех уровнях от всего организма до отдельных гены, белки и генетические переключатели. В случае полутеневых млекопитающих с темными (часто коричневатыми) верхними частями и более светлыми (часто желтоватыми или белесыми) нижними частями, например, домовая мышь, это Агути ген что создает разницу в затенении. Агути кодирует белок, Сигнальный пептид агути (ASP), который специфически ингибирует действие Рецептор меланокортина 1 (MC1R). В отсутствие белка агути альфа-меланоцитстимулирующий гормон стимулирует клетки, несущие MC1R, меланоциты, чтобы произвести темный эумеланин, окрашивая кожу и мех в темно-коричневый или черный цвет. В присутствии белка агути та же система производит более светлый, желтый или красный цвет. феомеланин. Генетический переключатель, активный в клетках эмбрион которая станет кожей живота, вызывает Агути ген, чтобы стать активным там, создавая затенение, наблюдаемое у взрослых млекопитающих.[44]

Обратное затенение

В медоед закрашен обратным штрихом, форма апосематизм (предупреждающая окраска).

Если контрастное затенение закрашивает тени, то наоборот, затемняя живот и осветляя спину, максимизирует контраст, добавляя к естественному падению света. Этот образец окраска животных встречается у таких животных, как скунс и медоед с сильной защитой - зловонным запахом скунса и острыми когтями, агрессивным характером и запахом медоеда.[45] Эти животные не бегут, когда их атакуют, а двигаются медленно, часто поворачиваясь лицом к лицу с опасностью и давая деиматические или угрожающие отображения либо чтобы напугать неопытных хищников, либо как апосематический сигнал, чтобы предупредить опытных.[46]

Гусеница лунного мотылька, обнаруженная Тейером, по фразе Котта «затенена по отношению к [ее] положению», то есть заштрихована светлой спиной, переходящей в темное брюшко, как нильский сом, Synodontis batensoda по той же причине: эти животные (и другие гусеницы, включая Automeris io и ястребиный глазок, Smerinthus ocellatus ) обычно живут «вверх ногами», животом вверх. Аналогично в морском слизняке Glaucus atlanticus обратное затенение связано с перевернутыми привычками. Таким образом, эти животные используют затенение обычным способом для маскировки.[47]

Примеры на животных

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Это называлось Rumia crataegata в то время.
  2. ^ Это называлось Amphidasis betularia в то время.
  3. ^ Скумбрия, как и многие другие пелагические рыбы, тоже замаскирован серебрением, а при взгляде сверху жирным шрифтом разрушительный образец.
  4. ^ Используемые цвета: неотражающий морской синий, средний синий, белый.

Рекомендации

  1. ^ Поултон, 1888 г.
  2. ^ Поултон, 1887 г.
  3. ^ Тайер, 1909. С. 22.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j Роуленд, 2009.
  5. ^ Forbes, 2009. С. 76–79.
  6. ^ Беренс, 2009.
  7. ^ Тайер, 1909 год.
  8. ^ Тайер, 1909. С. 14–15.
  9. ^ Thayer, 1909. Таблица XII.
  10. ^ Патент США 715,013
  11. ^ а б Гольдштейн, 2009, стр. 233–235.
  12. ^ Котт, 1940. С. 35–46.
  13. ^ Котт, 1940. С. 172–173.
  14. ^ Thayer, 1909. Подпись к рис. 7.
  15. ^ Котт, 1940. Подпись к фото 7.
  16. ^ Котт, 1940. стр. 35.
  17. ^ ОНР, 2013.
  18. ^ а б c Котт, 1940. стр. 40.
  19. ^ Котт, 1940. стр. 37.
  20. ^ Котт, 1940. стр. 41.
  21. ^ Линдгрен, Йохан и Питер Шевалл, Райан М. Карни, Пер Увдал, Йохан А. Грен, Гарет Дайк, Бо Паг Шульц, Мэтью Д. Шоуки, Кеннет Р. Барнс, Майкл Дж. Полсин (февраль 2014 г.). «Пигментация кожи свидетельствует о конвергентном меланизме у вымерших морских рептилий». Природа. 506 (7489): 484–488. Bibcode:2014Натура.506..484л. Дои:10.1038 / природа12899. PMID  24402224. S2CID  4468035.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  22. ^ Винтер, Якоб; Николлс, Роберт; Лаутеншлагер, Стефан; Питтман, Майкл; Kaye, Thomas G .; Рейфилд, Эмили; Майр, Джеральд; Катхилл, Иннес К. (2016). «3D камуфляж в орнитисхийском динозавре». Текущая биология. 26 (18): 2456–2462. Дои:10.1016 / j.cub.2016.06.065. ЧВК  5049543. PMID  27641767.
  23. ^ Янг и Ропер, 1977.
  24. ^ Янг и Ропер, 1976.
  25. ^ Джонс, 2004. стр. 1151.
  26. ^ Forbes, 2009. с. 150.
  27. ^ а б Forbes, 2009. С. 142–146, 149–151, 156.
  28. ^ Элиас, 2011.
  29. ^ а б Анон, 1943 год.
  30. ^ Тули, 2005.
  31. ^ Танкус и Йешурун, 2013.
  32. ^ Роуленд, 2011.
  33. ^ а б Котт, 1940. С. 36–37.
  34. ^ Килти, 1944 год.
  35. ^ Хершбергер, 1970.
  36. ^ Беддард, 1892. стр. 122.
  37. ^ Уоллес, 1889, стр. 193.
  38. ^ Беддард, 1895, стр.115.
  39. ^ Котт, 1940 год.
  40. ^ Крейк, 1944 год.
  41. ^ Ракстон 2004.
  42. ^ Роуленд и др., 2009.
  43. ^ Аллен и др., 2012.
  44. ^ Кэрролл, Шон Б. (2006). Бесконечные формы самые красивые. Вайденфельд и Николсон. С. 229–231, 237. ISBN  978-0-297-85094-6.
  45. ^ «Черный, белый и вонючий: объяснение окраски скунсов и других ярко окрашенных животных». Массачусетский университет в Амхерсте. 27 мая 2011 г.. Получено 19 июн 2014.
  46. ^ Эдмундс, 2008.
  47. ^ Котт, 1940. стр. 43.

Библиография

Новаторские книги

Общее чтение

  • Беренс, Рой Р. (2009). Гольдштейн, Э. Брюс (ред.). Энциклопедия восприятия, том 1. Мудрец. С. 233–235.
  • Эдмундс, Малкольм (2008). «Дейматическое поведение». В Capinera, Джон Л. (ред.). Энциклопедия энтомологии. Springer. ISBN  9781402062421.
  • Форбс, Питер (2009). Ослепленные и обманутые: мимикрия и камуфляж. Йель.
  • Роуленд, Ханна М. (2011). «История, теория и доказательства загадочной функции затенения». В Стивенсе, Мартине; Мерилайта, Сами (ред.). Камуфляж животных: механизмы и функции. Издательство Кембриджского университета.
  • Ракстон, Грэм Д.; Шерратт, Томас Н.; Скорость, Майкл П. (2004). «3. Затенение и противосветление». Предотвращение атаки: эволюционная экология криптографии, предупреждающих сигналов и мимикрии. Издательство Оксфордского университета.

Журналы