التواصل بالأشعة فوق البنفسجية في الفراشات

تستخدم الفراشات ، أو أفراد فصيلة الفراشات الخطافية (Papilionoidea) ، إشارتين فوق بنفسجية ، هما انعكاس الأشعة فوق البنفسجية وامتصاصها، كوسيلة للتواصل . وتُعدّ منطقة الأشعة فوق البنفسجية جزءًا من الطيف الكهرومغناطيسي يتراوح طول موجته بين 10 نانومتر و400 نانومتر . وتُوفّر حساسية هذه المنطقة للفراشات العديد من المزايا، مثل تحديد مواقع الرحيق ، كما تُوفّر لها قناة اتصال خاصة غير متاحة للمفترسات . وبفضل هذه القناة الآمنة، تستطيع الفراشات تسهيل عملية التزاوج والتعرّف على جنسها. ^{[ 1 ] [ 2 ]}  

يؤدي نظام الاتصال بالأشعة فوق البنفسجية دورين: الإرسال والاستقبال. ترسل الفراشات إشارات فوق بنفسجية باستخدام انعكاس الأشعة فوق البنفسجية أو امتصاصها . ويتحقق الأول من خلال استخدام اللون البنيوي ، أي انعكاس ترددات معينة من الضوء عبر التداخل البنّاء . وقد تم توضيح آلية إنتاج هذا اللون البنيوي في الفراشات من خلال دراسة فراشة "يوريما ليزا" (Eurema lisa) على يد هيلين غيراديلا. ^{[ 3 ]} في هذه الفراشة تحديدًا، يعكس جزء أصفر صغير من السطح الظهري للأجنحة الأشعة فوق البنفسجية بشكل اتجاهي. بعبارة أخرى، لا يمكن رؤية صورة انعكاس الأشعة فوق البنفسجية إلا ضمن نطاق محدد من الزوايا من نقطة المنشأ. وقد حددت الصور المجهرية الإلكترونية بنية الحراشف، مما ساهم بدوره في توضيح آلية انعكاس الأشعة فوق البنفسجية. تتكون الحراشف العاكسة للأشعة فوق البنفسجية من نتوءات طولية بارزة وأضلاع عرضية عمودية تربط هذه النتوءات المتوازية، لتشكل شبكة. ^{[ 4 ]} تحتوي هذه النتوءات على صفائح تمتد فوقها وبالتوازي معها، وأضلاع دقيقة على جوانبها. يُسبب التداخل الجزئي بين هياكل الصفائح تداخلًا في الطبقات الرقيقة ، مما يؤدي إلى انعكاس الضوء ذي الطول الموجي ضمن طيف الأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 3 ]} وقد تبيّن أن إشارة الأشعة فوق البنفسجية الأخرى في الفراشات، وهي الامتصاص، تخضع لأصباغ تُسمى البترينات . في الأجنحة التي تحتوي على هذه الصبغة، لا تستطيع الأجنحة عكس الأشعة فوق البنفسجية بنفس كفاءة الأجنحة الخالية من الصبغة، لأن البترينات تمتص الأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 5 ]} وبالتالي، تستطيع الفراشات عكس الأشعة فوق البنفسجية نتيجةً لتنظيم وتكوين حراشف أجنحتها، مما يُؤدي إلى تداخل بناء في الطبقات الرقيقة، كما تستطيع امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بفعل أصباغ البترين .

تستقبل الفراشات إشارات الأشعة فوق البنفسجية باستخدام بروتين أوبسين خاص في عينها. تشبه عين الفراشة عين الحشرات العادية في كونها تتكون من العديد من الوحدات البصرية (أوماتيديا) . تحتوي كل وحدة بصرية في عين الفراشة على تسع خلايا مستقبلة للضوء، وتستخدم كل خلية منها عادةً بروتين أوبسين واحد. ^{[ 6 ]} بفضل بروتين الأوبسين الحساس للأشعة فوق البنفسجية، تستطيع الفراشة رؤية هذه الأشعة، وتستجيب لها بشكل أمثل عند طول موجي يبلغ حوالي 350  نانومتر. ^{[ 6 ]} لذا، فإن بروتين الأوبسين المستجيب للأشعة فوق البنفسجية هو الآلية المسؤولة عن إدراكها.

تستخدم فراشات الملفوف الأبيض، Pieris rapae crucivora ، نظامها الخاص للتواصل بالأشعة فوق البنفسجية لبدء سلوك التزاوج . في هذا النوع، يُظهر انعكاس الأشعة فوق البنفسجية ازدواجًا شكليًا جنسيًا ، حيث تتمتع الإناث بقدرة على عكس الأشعة فوق البنفسجية التي يتراوح طولها الموجي بين 380  و400  نانومتر، بينما يكون الذكور أقل قدرة على عكسها. يبدأ الذكور الذين يستشعرون انعكاس الأشعة فوق البنفسجية من الأنثى سلوك التودد الذي يتضمن الاقتراب منها ومحاولة التزاوج . تُبلغ الإناث الذكور بتقبلها للتزاوج باستخدام نظامها الخاص للتواصل بالأشعة فوق البنفسجية. يُعتقد أن انعكاس الأشعة فوق البنفسجية يتركز على الجانب البطني للجناح الخلفي للأنثى. وقد حدد يوشياكي أوبارا ذلك تجريبيًا من خلال مقارنة عدد مرات الاقتراب من أجزاء مختلفة من أجنحة الفراشات. أظهرت النتائج أن الجانب البطني للجناح الخلفي للأنثى هو الأكثر تحفيزًا للسلوك الجنسي لدى الذكور. ^{[ 7 ]} على الرغم من أن انعكاس الأشعة فوق البنفسجية يُحفز السلوك الجنسي، إلا أن أقوى انعكاس للأشعة فوق البنفسجية ليس بالضرورة هو العامل الأقوى لتحفيز هذا السلوك. ونتيجة لذلك، لا بد أن يكون لدى ذكور فراشات الملفوف الأبيض تفضيل لمستوى معين من انعكاس الأشعة فوق البنفسجية من الإناث. ^{[ 8 ]} وباستخدام نظام اتصال خاص بالأشعة فوق البنفسجية، تُشير إناث فراشات الملفوف الأبيض إلى استعدادها للتزاوج وتبدأ سلوك التزاوج لدى الذكور.

لا يقتصر دور الأشعة فوق البنفسجية على تنشيط السلوك الجنسي لدى الذكور فحسب، بل قد يؤدي غيابها أيضًا إلى منع الذكر من الاقتراب ومحاولة التزاوج. لا تستجيب إناث فراشات الملفوف الأبيض دائمًا للذكور، وللتعبير عن ذلك، تتخذ وضعية رفض التزاوج. يتضمن هذا السلوك فرد الأجنحة وبسط البطن. ^{[ 8 ]} يكشف فرد الأجنحة بهذه الطريقة عن الجانب الظهري لأجنحة الأنثى، المعروف بعدم قدرته على عكس الأشعة فوق البنفسجية. في الواقع، تزيل الإناث إشارة الأشعة فوق البنفسجية التي تحفز السلوك الجنسي لدى الذكور، مما يؤدي إلى توقفه فجأة. تستغل إناث فراشات الملفوف الأبيض نظام التواصل بالأشعة فوق البنفسجية الخاص بها لرفض الذكور أيضًا عن طريق إزالة إشارة انعكاس الأشعة فوق البنفسجية.

تستخدم بعض أنواع الفراشات الأشعة فوق البنفسجية كوسيلة للإشارة إلى جنسها. على سبيل المثال، في نوع فراشة Eurema lisa ، يمتلك الذكور المتطلبات البنيوية اللازمة لعكس الأشعة فوق البنفسجية، كما ذُكر سابقًا، بينما تفتقر الإناث إلى النتوءات العاكسة للأشعة فوق البنفسجية. في كلا الجنسين من هذا النوع، يُظهر الذكر استجابة الرفرفة، أو الفتح والإغلاق السريع للأجنحة، عند اقترابه من فراشة أخرى؛ ومع ذلك، يتزاوج الذكور مع الإناث اللاتي يُظهرن هذا السلوك، بينما يبتعدون عن الذكور اللاتي يُظهرن استجابة الرفرفة. من خلال إظهار أن أجنحة الذكور والإناث متشابهة في المظهر باستثناء انعكاس الأشعة فوق البنفسجية، وأن الذكر المُقترب يتعرض لانعكاس الأشعة فوق البنفسجية من أجنحة الذكر أثناء استجابة الرفرفة، بالإضافة إلى استبعاد الاختلافات الزمنية في سلوك الرفرفة كسبب للتعرف على الجنس، استنتج رونالد روتوفسكي أن الأشعة فوق البنفسجية تُستخدم كمؤشر على جنس الذكر. ^{[ 9 ]} ومع ذلك، في بعض الأنواع، لا يُلاحظ هذا التمييز في جميع الأوقات، وقد تختلف أنماط الأشعة فوق البنفسجية بصريًا اعتمادًا على موضع الضوء المنعكس. ويمكن ملاحظة ذلك في الكبريت الشائع ، حيث تظهر الذكور أنماطًا ذكورية أو أنثوية من التلألؤ مع اختلاف المواضع والمسافات وزوايا الضوء - وهذا ما يُعرف بتأثير " الخنثى ". ^{[ 10 ]}

يُستخدم نظام التواصل بالأشعة فوق البنفسجية لدى الفراشات أيضًا كمؤشر على جنس الذكر لدى الذكور المنافسة في فراشة Colias eurytheme . في هذا النوع، الذكور فقط هي القادرة على عكس الأشعة فوق البنفسجية من الجانب الظهري لأجنحتها، بينما الإناث غير قادرة على ذلك. يتشابه السلوك الجنسي للذكور مع معظم الفراشات؛ إذ يحوم الذكر فوق الأنثى الجالسة، ثم يميل إلى أحد جانبيها ويرفرف. بعد ذلك، إذا بقيت الأنثى ساكنة، يهبط الذكر عليها أو على أجنحتها أو على النباتات محاولًا التزاوج. يستمر التزاوج عادةً لمدة ساعة، وغالبًا ما تحاول ذكور أخرى الاقتراب من الزوجين. مع ذلك، يومض الذكر أثناء التزاوج بأجنحته الخلفية العاكسة للأشعة فوق البنفسجية، مما يردع الذكور الأخرى. وقد استُنتج أن ذكر Colias eurytheme يستخدم الأشعة فوق البنفسجية كإشارة لصد الذكور الأخرى. ^{[ 11 ]} وهكذا، تستخدم فراشات Colias eurytheme الذكور قناتها الخاصة في الأشعة فوق البنفسجية للإشارة إلى جنسها وكذلك ردع الذكور الآخرين من التزاوج مع أنثاه.