V malé místnosti bez oken, v parném létě je den, ocitl jsem se tváří v tvář s entomologické rocková hvězda. Jsem na univerzitě v Lincolnu ve východní Anglii, uvnitř hmyzí místnosti lemované tanky a nádobami obsahujícími plastové rostliny a dřímající hmyz. Než se naděju, představuji se zářivě zelenému katydidovi z Kolumbie.

„Setkat Copiphora gorgonensis,“ říká Fernando Montealegre-Z, objevitel tohoto šest-legged celebrity. Jméno je známé: bylo postříkáno po celém světě vedle fotografií zlaté tváře hmyzu a miniaturního rohu jednorožce. Věhlas tohoto katydida nespočívá na jeho vzhledu, ačkoli, ale na jeho sluchu. Montealegre-Z pečlivé studie z nádherné hmyzu odhalil, že má uši, záhadně, jako je ta naše, s entomologické verze bubínku, kůstek a cochleas pomoci ji zvednout a analyzovat zvuky.

Katydidy-existují tisíce druhů-mají nejmenší uši jakéhokoli zvířete, jedno na každé přední noze těsně pod „kolenem“.“Ale jejich malá velikost a zdánlivě podivné umístění popírají sofistikované struktury a působivé schopnosti těchto orgánů: k detekci ultrazvukové kliknutí na lov netopýrů, vybrat podpisu písně potenciální kamarády, a domů na večeři. Jeden Australský saranče má vydělával na jeho sluchové schopnosti, aby zachytit kořist ve velmi vychytralý způsob, jak: To láká mužské cikády dostřel napodobováním ženské části cikáda páření duet—trik vyžaduje to rozpoznat složité vzory zvukových a právě tehdy, když na čip.

úžasné? Naprosto. Nečekané? To taky. Doteď jsem o hmyzích uších nikdy moc nepřemýšlel. Oči hmyzu a antény vynikají, ale uši? Dokonce i orlí oko by mohlo být odpuštěno, kdyby se zajímalo, jestli je má hmyz. Přesto je zřejmé, že některé musí slyšet: letní vzduch je naplněn trylky, cvrlikání a kliknutí zhrzený cvrčci a kobylky, cikády a sarančata, všichni se snaží přilákat partnera.

Zvědavost vzbudila, říkám neurobioložka Martin Göpfert na Univerzitě v Göttingen v Německu, který studuje jednání v ovocné mušky Drosophila melanogaster. Úžasné, i když uši katydid jsou, říká mi, jsou jen jedním z mnoha s úžasnými schopnostmi: Evoluce učinila tolik pokusů o tvarování uší, výsledkem je obrovská rozmanitost struktur a mechanismů. Většina z nich je těžko rozpoznatelná, ne-li neviditelná, a v mnoha případech hmyz produkuje a vnímá zvuky tak daleko, že jsme zcela přehlédli jejich schopnosti. Ale s příchodem nových nástrojů a technologií se objevují stále více příkladů.

Smyslové biologové, akustika odborníci a genetici pracují společně, aby pin dolů, jak všichni pracují, jak a kdy se vyvinuly, a proč. A díky této nově nabyté znalosti a sortiment fosilní hmyz, tam je i vzrušující vyhlídka, že budou moci odposlouchávat dávné minulosti, přidáním nové dimenze našeho chápání života a časů dávno zašlých zvířat.

když se hmyz poprvé objevil asi před 400 miliony let, byl hluchý, říká mi Göpfert. Tyto rodové hmyz šel na diverzifikovat do více než 900 000 druhů, a zatímco většina z nich zůstává hluchý jako jejich předkové, někteří získali znamená slyšet. Z 30 hlavních hmyzích řádů devět (konečně počet) zahrnuje některé, které slyší—a sluch se v některých řádech vyvinul více než jednou – nejméně šestkrát mezi motýly a můry. 350 000 druhů této nejvíce oslnivě rozmanité skupiny, brouků, je téměř všech hluchých, ale těch pár, kteří mají uši, je získalo dvěma oddělenými liniemi evoluce. Vše řečeno, hmyzí uši vznikly více než 20 samostatných časů, jistý recept na odrůdu.

ucho, tam a všude

umístění je nejzřetelnějším rozdílem mezi ušima jednoho hmyzu a ušima druhého: Tam jsou uši na antény (komáři a mušky z ovoce), hrudní (cvrčci a sarančata), křídla (zlatoočka), břicho (cikády, kobylky a sarančata) a na to, co se vydává za „krk“ (parazitické mouchy). Mezi můrami a motýly se uši objevují prakticky kdekoli, dokonce i na ústích. Kobylka močového měchýře má hojnost uší se šesti páry po stranách břicha. Modlící se kudlanky mají uprostřed hrudníku jediné „cyklopeanské“ ucho.

Tento kdekoliv-jde přístup se může zdát trochu divné, ale tam je jednoduché vysvětlení: V každém případě, kdy hmyz ear vyvinul, byl výchozí bod existující smyslových orgánů: úsek detektor, který monitoruje drobné vibrace při sousedních segmentů těla pohybovat. Tyto detektory se vyskytují v celém těle hmyzu, ale evoluce obvykle upravila pouze jeden pár-zřejmě, téměř jakýkoli pár-vnímat vzdušné vibrace generované zvukem.

Ze tam na každý nový pokus navázat uši šel ještě dále ve svém vlastním směrem jako ostatní struktury byly kooptováni a překonfigurovat tak, aby zachytit, zesílit a filtr zvuk, extrahovat relevantní informace a zprostředkovat ji na nervový systém. U komárů a ovocných mušek způsobuje zvuk chvění jemných anténních chloupků. Většina ostatních sluchových hmyzů má „ušní bubínky“: tenké membránové skvrny exoskeletu, které vibrují, když zasáhnou zvukové vlny. Některé ušní bubínky jsou podpořeny vzduchem naplněnými akustickými komorami, jiné kapalinou naplněnými. Počet a uspořádání senzorických buněk, které detekují a dekódují tyto vibrace – a neurony, které vysílají signály do mozku – se také liší od ucha k uchu. Takže zatímco některé uši můry fungují pouze s jedním nebo dvěma neurony(což činí můry nejrychlejšími respondenty), ucho komára má kolem 15 000 (což je nádherně citlivé).

některé uši jsou relativně jednoduché; jiní mají další zvonky a píšťalky spojené s jejich životním stylem. Vezměte parazitní létat Ormia ochracea, která naklade larvy na určitý druh kriketu po identifikaci a lokalizaci z jeho charakteristické volání. Uši mouchy sedí vedle sebe na „krku“ a jsou teoreticky příliš blízko u sebe, aby určily svůj cíl. Přesto, že se cena pro přesné umístění, díky gumičkou spojující ušní bubínky tak, že skála nahoru a dolů jako houpačka, zajištění řádného zasáhne jedno ucho nepatrně později než ostatní.

Saranče uši, stejně tak úhledně svědčí Montealegre-Z a jeho kolegové, jsou jedinečné jak v jejich složitosti a jejich podobnost se savčím. Pomocí mikro-CT skeneru, vědci rekonstruovali hmyzu celé sluchového systému, objevení dvou dříve neznámé orgánů v procesu. První je malá, tvrdá deska za ušními bubínky; druhý, trubice naplněná tekutinou obsahující řadu senzorických buněk. Přes usilovné šetření, které zahrnovalo svítí lasery na bubínku a nahrávání světlo odrazí zpět, tým ukázal, že malé plate přenáší vibrace v hmyzu je ušní bubínek, aby se tekutina ve zkumavce—stejná úloha kostí v našem středního ucha. Signál pak putuje ve vlně podél trubky a přes smyslové buňky naladěné na různé frekvence—což tento orgán miniaturní, rozvinutá verze naší vlastní, šnek ve tvaru hlemýždě.

tým má nyní odešli ukázat, proč žena sarančata jsou tak dobří v hledání partnera ve tmě, i když jejich uši jsou blízko u sebe (ale ne tak blízko, jako parazitní Ormia, ale dost blízko na to, aby zvýraznění zvuku značný problém). Naše vlastní uši ležet na obou stranách náš (velký) hlavy a jsou dostatečně daleko od sebe pro zvuk k jejich dosažení v různých-dost krát a hlasitost pro mozek vypočítat a najít zdroj.

Katydids vyřešil problém (opět jedinečným způsobem) zvětšením dýchací trubice, která vede z pórů na straně hrudníku do kolena; zvuk se dostává do ušních bubínků jak z vnějšku těla, tak zevnitř trubicí. Montealegre-Z a jeho kolegové ukázali, že zvuk cestuje touto vnitřní, zadní cestou pomaleji—takže každý zvuk zasáhne ušní bubínek dvakrát, ale v mírně odlišných časech, což dramaticky zlepšuje schopnost hmyzu lokalizovat zdroj.

saranče je pozoruhodné uších ještě neměl všechny své tajemství, a Montealegre-Z tým se nyní snaží, aby pin dolů, jak na receptory hmyzu verze hlemýždě vybrat různé frekvence. Hvězdou této studie je Phlugis poecila, „crystal“ saranče pojmenovaný pro jeho transparentní vnější kutikulu, funkce, která umožňuje, aby tým pro záznam a měření procesů, jak k nim dochází. „Budeme moci sledovat sluch v práci a vidět procesy, které nikdy předtím nebyly vidět,“ říká Montealegre-Z.

Pokud se to, jak hmyz slyší, velmi liší, dělá to, co slyší. Uši komárů jsou dobré možná na metr; kobylka s mnoha ušima močového měchýře slyší kilometr nebo více daleko. Kriketové uši detekují nízké frekvence; kudlanky a můry jsou naladěny na ultrazvuk, daleko za vším, co lidé (nebo jejich psi) slyší. Ještě jiní, jako je katydid, mají širokopásmové slyšení. „Hmyz slyší jen to, co potřebuje slyšet,“ říká Göpfert. „A evoluce poskytla to, co bylo nezbytné.“

Ale co řídil vývoj otočit stretch receptory do uší na prvním místě, a tak přivést zvuk na světě hmyzu? To je otázka, kterou stále myslí mnoho entomologů. Rozumný průvodce je to, jak hmyz používat své uši dnes, ale je to jen vodítko, od ucha původně získané pro jeden účel může snadno být kooptováni v průběhu věků sloužit další. Jedna věc je jistá: jak biologové zkoumají více skupin hmyzu podrobněji, některé dlouhodobé představy mohou kousat prach.

ucho pro nebezpečí

u moderního hmyzu je jednou z primárních funkcí uší slyšet přístup dravce včas, aby podnikl kroky a vyhnul se mu. Pro noční létající hmyz přichází největší hrozba hmyzožraví netopýři, kteří detekují a sledují kořist ultrazvukovým sonarem, a tak je jejich sluch naladěn na frekvence echolokačních kliknutí netopýrů. Hmyz pak reaguje charakteristickými pohyby, aby unikl sonarovému paprsku: ostré zatáčky, smyčky-smyčky, ponory vzduchu k zemi. Některé tygří můry dokonce zasekávají netopýří sonar vlastními kliknutími. Experimenty ukázaly, že bat-detekce uši výrazně zlepšit hmyz vyhlídky na přežití útoku: V jedné studii, kudlanky utekl 76 procent bat útoky, ale to číslo klesl na 34 procent, když byli ohlušeni.

Pokud predace je mocnou hnací silou evoluce, tak, také, je sex. A zvuk je účinný způsob, jak se hmyz může identifikovat s potenciálními kamarády: Zvuk cestuje dobře, pracuje ve tmě a poskytuje prostředky k rozvoji podpisových písní a soukromé komunikace, které nikdo jiný neslyší.

takže úspěšný sex nebo přežití? Který leží za jehož ušima?

v některých případech jsou vědci přiměřeně jistí. Zdá se, že cikády vyvinuly sluch pro účely Páření: uši mají pouze zpěvné druhy a jsou citlivé pouze na své vlastní nízko položené písně. Pro můry byly spouštěčem netopýři. Lepidoptera byla asi 150 milionů let, ale žádné můry neměly uši, než echolokující netopýři dorazili na scénu asi před 60 miliony let. A mnoho ušatých můr je citlivých pouze na frekvence používané jejich místními netopýry-silný důkaz, že uši se vyvinuly jako detektory netopýrů.

Co však dělat z kudlanky, majitele cyklopeanského ucha? Dnes se zdá, že kudlanky používají uši výhradně jako detektory netopýrů. Entomologové však nyní mají obrovské množství údajů o rozmanité anatomii uší kudlanky a přesném rodokmenu kudlanky založeném na DNA, ze kterého vysledovali původní ucho kudlanky. Patřil k druhu, který žil před 120 miliony let, spíše dříve než ty netopýry vedené sonarem. Roste důkaz, že dravci jiní než netopýři mohli podnítit vývoj jejich uší a uší nějakého jiného hmyzu-možná plazů, ptáků nebo raných savců. Zvířata, která se pohybují podrostem, plácají po skalách nebo přistávají na listové větvi, jsou zřídka tichá. Zvuky, které vydávají, zahrnují zvukové a ultrazvukové prvky.

Létající ptáci, které existují již 150 miliónů let, jsou stále více vnímána jako uchazeči. V průkopnický výzkum, Kanadští biologové nahrané zvuky generované bití křídla chickadees a východní phoebe, jak se nastěhoval na hmyzí kořist, a zjistil, že křídlo beaty, zahrnovaly širokou škálu frekvencí, které hmyz může odhalit, z nízké zvuky slyšet cikády, motýli a kobylky, ultrazvukové zvuky vybral můry a kudlanky.

a co katydidi, majitelé nejstarších uší ze všech? Moderní katydidy používají své uši jak v komunikaci, tak jako detektory netopýrů. Ale saranče zvukové reprodukční přístroje může být vystopován přes fosilním záznamu časný typ předka, který žil před 250 miliony let, dlouho předtím, než netopýři udělal. Takže dosud převládající teorie byla taková, že evoluce katydidů se poněkud střídala. Uši‘ prvotní funkcí bylo umožnit sarančata slyšet jeden druhého, a později, myšlení jde, ty uši byly kooptován sloužit jako netopýří detektory. To vedlo k rozšíření jejich jednání od slyšitelného rozsahu (pod 20 kHz), ultrazvukové (mimo dosah lidské uši)—a to, podle pořadí, dovolil vývoj složitější, vyšší-posazený písně, které sarančata vykazují dnes. Dnes, jen menšina sarančata zpívat ve slyšitelném rozsahu, zatímco asi 70 procent mají ultrazvukové písně a některé mají mimořádně vysoký písně. Držitelem rekordu je zatím nedávno objevený Supersonus aequoreus, který volá na neuvěřitelných 150 kHz.

ale je to pravda? Dostat se na odpověď, vědci potřebovali vědět, co sarančata byly slyšení v dávné minulosti, a to znamenalo, že blízký pohled na saranče zkameněliny. Zkamenělé uši nejsou samy o sobě příliš informativní: jsou vzácné a jejich struktura je těžko rozeznatelná. Ale je tu i jiný způsob, jak se dostat na slyšení: z podrobné anatomie zvukově produkujícího souboru a škrabky na zkamenělých křídlech katydid. „Tyto struktury jsou mnohem větší a jasnější, a můžeme je použít, aby znovu zvuku jsou vyrobeny velmi přesně,“ říká Montealegre-Z—a z toho odvodit, co sarančata musel slyšet.

Výbuch z minulosti

V roce 2012, Montealegre-Z a kolegy bioacoustics expert Daniel Robert na University of Bristol dělal titulky, když se používá tento přístup k rekonstrukci píseň saranče z Jurassic doby, zvuk neslýchaný za 165 milionů let. To, co to umožnilo, byl objev čínské fosilie katydid s téměř dokonale zachovanými křídly. Archaboilus musicus, jak byl vyhynulý hmyz pojmenován, by „zpíval“ hudební písně na frekvencích kolem 6.4 kHz, znějící spíše jako Cvrček než moderní katydid. To pěkně zapadá do příběhu, který katydids nejprve vyvinul sluch ke komunikaci.

Píseň z dávné minulosti: na základě analýzy souboru-a-škrabka přístroje na zkamenělé saranče křídla, vědci rekonstruovali volání saranče od pravěku—165 miliony lety.

od té doby však tým studuje více fosilních katydidů a to, co zjišťují, naznačuje, že teorie by mohla potřebovat přepracování. Zdá se, že některé starověké sarančata byly pomocí ultrazvuku dlouho předtím, než netopýři existuje, říká Montealegre-Z. Sarančata také slyšet mnohem širší rozsah frekvencí, než by třeba jen slyšet sami. Podle něj to naznačuje, že se jejich uši nejprve nevyvinuly pro zpěv, ale, podobně jako kudlanky, pro sebezáchovu. „Myslím, že jejich uši se vyvinuly, aby slyšely dravce,“ říká mi. „Predátoři dělají rozmanitost zvuků, a tak je uši musí být schopny je vybrat.“

pokud takové studie pomáhají odhalit evoluční historii sluchu hmyzu, slibují také něco víc: příležitost odposlouchávat dávnou minulost a získat nové poznatky o chování hmyzu. Také jsem byl netrpělivý na příští léto a možnost prozkoumat bohatý hmyzí život jemně zvlněných křídových kopců s novými očima – a ušima, zejména uši.

v létě je vzduch nad Sussex Downs živý symfonií hmyzu, když kobylky a katydidy cvrlikají, bzučí a klikají na jejich hledání lásky. Když jsem se namáhat uši na limit, mohl bych být schopen vybrat šicí stroj chrastítko velké zelené saranče nebo měkké syčení píseň plešoune, a jestli budu mít štěstí, možná i rapid-fire kliknutí wart-biter, UK nejvzácnější saranče. Ale o kolik víc mi bude chybět? Dal bych hodně za uši, které dokážou vybrat písničky a zvuky, které vědci skládají dohromady, ale ten hmyz sám slyší.

tento článek byl původně publikován 27. Listopadu 2018 časopisem Knowable, nezávislým novinářským úsilím z ročních recenzí, a je přetištěn se svolením. Přihlaste se k odběru novinek.