in a small windless room on a sweltering summer ’ s day, I find myself face-to-face with an entomological rock star. Olen Lincolnin yliopistossa Itä-Englannissa hyönteishuoneessa, joka on vuorattu säiliöillä ja purkeilla, joissa on muovikasveja ja torkkuvia hyönteisiä. Ennen kuin huomaankaan, minut esitellään elävänvihreälle Katydidille Kolumbiasta.

”tapaa Copiphora gorgonensis”, sanoo tämän kuusijalkaisen julkkiksen löytäjä Fernando Montealegre-Z. Nimi on tuttu: se on roiskunut ympäri maailmaa hyönteisten kultaisten kasvojen ja kääpiösarvisen sarven kuvien rinnalle. Tämän katydidin maine ei kuitenkaan perustu sen ulkonäköön vaan sen kuuloon. Montealegre-Z: n tämän suurenmoisen hyönteisen pikkutarkat tutkimukset osoittivat, että sillä on samanlaiset korvat kuin meillä, ja sen entomologiset versiot tärykalvoista, kuuloluuista ja simpukoista auttavat sitä poimimaan ja analysoimaan ääniä.

Katydideillä—joita on tuhansia lajeja—on kaikkien eläinten pienimmät korvat, yksi kummassakin etujalassa aivan ”polven alapuolella.”Mutta niiden pieni koko ja omituiselta vaikuttava sijainti ovat ristiriidassa näiden elinten hienostuneen rakenteen ja vaikuttavien kykyjen kanssa: niiden avulla voidaan havaita metsästyslepakoiden ultraäänen napsahdukset, poimia puolisoehdokkaiden tunnuslaulut ja mennä kotiin syömään. Muuan australialainen katydidi on hyödyntänyt äänentoistokykyään ja pyydystänyt saaliin hyvin kavalalla tavalla: se houkuttelee uroskaskaita iskuetäisyydelle matkimalla kaskaiden paritteludueton naarasta.

mahtava? Täysin. Odottamatonta? Sitäkin. En ollut ennen ajatellut hyönteiskorvia. Hyönteisten silmät ja tuntosarvet erottuvat, mutta korvat? Jopa kotkasilmäinen voisi saada anteeksi sen, että ihmettelee, onko hyönteisillä niitä. On kuitenkin selvää, että joidenkuiden täytyy kuulla: kesäilma on täynnä suloisten sirkkojen ja heinäsirkkojen, kaskaiden ja katydidien trillejä, sirityksiä ja naksahduksia, jotka kaikki yrittävät houkutella puolisoaan.

Curiosity piqued, kutsun neurobiologi Martin Göpfertiä Göttingenin yliopistosta Saksasta, joka tutkii kuuloa hedelmäkärpäsessä Drosophila melanogaster. Vaikka katydidin korvat ovat ihmeelliset, hän kertoi minulle, – ne ovat vain yksi monista, joilla on hämmästyttäviä kykyjä.: Evoluutio on tehnyt niin paljon yrityksiä muokata korvia, tuloksena on valtava monimuotoisuus rakenteita ja mekanismeja. Useimpia on vaikea havaita, ellei jopa näkymätön, ja monissa tapauksissa hyönteiset tuottavat ja aistivat ääniä, jotka ovat niin kaukana omasta kantamastamme, että unohdimme niiden kyvyt kokonaan. Mutta uusien työkalujen ja teknologioiden myötä yhä uusia esimerkkejä tulee päivänvaloon.

Aistibiologit, akustiikan asiantuntijat ja geneetikot selvittävät yhdessä, miten ne kaikki toimivat, miten ja milloin ne ovat kehittyneet ja miksi. Ja kiitos tämän uuden tiedon, ja fossiilisten hyönteisten valikoiman, on jopa houkutteleva mahdollisuus salakuunnella muinaista menneisyyttä, mikä lisää uuden ulottuvuuden ymmärrykseemme joidenkin kauan sitten kadonneiden eläinten elämästä ja ajoista.

kun hyönteiset ilmestyivät ensimmäisen kerran noin 400 miljoonaa vuotta sitten, ne olivat kuuroja, Göpfert kertoo. Nämä esi-isien hyönteiset laajenivat yli 900000 lajiksi, ja vaikka useimmat pysyvät yhtä kuuroina kuin esi-isänsä, jotkut saivat keinot kuulla. 30: stä suurimmasta hyönteisluokasta yhdeksän (viime laskuissa) sisältää joitakin kuulevia, ja kuulo on kehittynyt useammin kuin kerran joissakin lahkoissa—ainakin kuusi kertaa perhosten ja yöperhosten keskuudessa. Tuon häikäisevän monimuotoisen ryhmän, kovakuoriaisten, 350000 lajia ovat lähes kaikki kuuroja, mutta ne harvat, joilla on korvat, ovat saaneet ne kahden erillisen kehityslinjan kautta. Kaiken kaikkiaan hyönteisten korvat nousivat yli 20 erillistä kertaa, varma resepti lajikkeelle.

Korva, siellä ja kaikkialla

sijainti on selvin ero yhden hyönteisen korvien ja toisen korvien välillä: On korvat tuntosarvissa (hyttyset ja hedelmäkärpäset), etujalat (sirkat ja katydidit), Siivet (lacewings), vatsa (kaskaat, heinäsirkat ja heinäsirkat) ja mitä kulkee ”kaula” (loiskärpäset). Yöperhosten ja perhosten keskuudessa korvat kasvavat lähes missä tahansa, jopa suupielissä. Rakkoheinäsirkalla on runsaasti kuusipareja takaruumiin sivuilla. Rukoilijasirkoilla on yksi, ”cyclopean” korva keskellä rintakehää.

tämä minne tahansa-lähestymistapa saattaa vaikuttaa hieman oudolta, mutta sille on yksinkertainen selitys: jokaisessa tapauksessa, jossa hyönteisen korva kehittyi, lähtökohtana oli olemassa oleva aistinelin: venytysilmaisin, joka tarkkailee pieniä värähtelyjä, kun viereiset ruumiinosat liikkuvat. Näitä ilmaisimia esiintyy koko hyönteisruumiissa, mutta evoluutio muokkasi tyypillisesti vain yhtä paria—ilmeisesti lähes mitä tahansa paria—havaitakseen äänen synnyttämät ilmassa tapahtuvat värähtelyt.

tästä eteenpäin jokainen uusi yritys takoa korvia meni vielä pidemmälle omaan suuntaansa, kun muita rakenteita yhdistettiin ja uudelleenfiguroitiin äänen vangitsemiseksi, vahvistamiseksi ja suodattamiseksi, olennaisen tiedon erottamiseksi ja sen välittämiseksi hermostoon. Hyttysillä ja hedelmäkärpäsillä ääni saa hienot tuntosarvikarvat värisemään. Useimmilla muilla kuulohyönteisillä on ”tärykalvot”: ohuita, kalvomaisia tukirangan laikkuja, jotka värähtelevät ääniaaltojen osuessa. Joidenkin tärykalvojen tukena on ilmalla täytettyjä akustisia kammioita, toisten nesteellä täytettyjä. Ne aistinsolut, jotka havaitsevat ja purkavat näitä värähtelyjä—ja hermosolut, jotka lähettävät signaaleja aivoihin—vaihtelevat myös korvasta korvaan. Niinpä vaikka jotkin koin korvat toimivat vain yhdellä tai kahdella hermosolulla (jolloin Koit reagoivat nopeimmin), koirashyttysen korvassa on noin 15000 (mikä tekee siitä erinomaisen herkän).

jotkut korvat ovat suhteellisen yksinkertaiset; toisilla on ylimääräisiä kelloja ja pillejä, jotka liittyvät heidän elämäntapaansa. Otetaanpa esimerkiksi loiskärpänen Ormia ochracea, joka tallettaa toukkansa tiettyyn sirkkalajiin tunnistettuaan ja paikallistettuaan sen sille ominaisesta kutsusta. Kärpäsen korvat istuvat vierekkäin sen ”kaulalla” ja ovat teoriassa liian lähellä toisiaan, jotta se pystyisi paikantamaan kohteensa. Silti he ottavat palkinnon tarkka sijainti, kiitos kuminauha yhdistää tärykalvot niin ne rokkaavat ylös ja alas kuin keinulauta, varmistaa ääni osuu toiseen korvaan murteellisesti myöhemmin kuin toiseen.

katydid-korvat, kuten Montealegre-Z ja hänen kollegansa niin siististi osoittivat, ovat ainutlaatuisia sekä monimutkaisuudessaan että samankaltaisuudessaan nisäkkään korviin. mikro-CT-skannerin avulla tutkijat rekonstruoivat hyönteisen koko kuulojärjestelmän ja löysivät samalla kaksi aiemmin tuntematonta elintä. Ensimmäinen on pieni, kova levy tärykalvojen takana; toinen on nestetäytteinen putki, jossa on rivi aistinsoluja. Huolellisella tutkimuksella, johon sisältyi tärykalvon loistavia lasereita ja takaisin pomppivan valon tallentaminen, ryhmä osoitti, että pieni levy välittää hyönteisen tärykalvon värähtelyt putken nesteeseen—sama rooli kuin välikorvamme luilla. Signaali kulkee sitten aaltona putkea pitkin ja eri taajuuksille viritettyjen aistinsolujen yli, mikä tekee tästä elimestä pienoiskoossa olevan, kuorimattoman version omasta, etananmuotoisesta simpukastamme.

ryhmä on nyt lähtenyt osoittamaan, miksi naaraskatydidit ovat niin hyviä löytämään kumppanin pimeässä, vaikka niiden korvat ovat lähellä toisiaan (eivät niin lähellä kuin Lois-Ormian, mutta tarpeeksi lähellä, jotta paikannusääni on melkoinen haaste). Omat korvamme sijaitsevat (suurten) päidemme molemmin puolin ja ovat riittävän kaukana toisistaan, jotta ääni tavoittaa ne eri aikaan-niin paljon aikaa ja äänekkyyttä, että aivot voivat laskea ja paikantaa lähteen.

Katydidit ratkaisivat ongelman (jälleen, ainutlaatuisella tavalla) laajentamalla hengitysputken, joka kulkee huokosesta rintakehän sivulla polveen; ääni kulkeutuu tärykalvoihin sekä kehon ulkopuolelta että sisältä putken kautta. Montealegre-Z kollegoineen osoitti, että ääni kulkee tätä sisäistä, takareittiä hitaammin—joten jokainen ääni osuu tärykalvoon kahdesti, mutta hieman eri aikoina, mikä parantaa merkittävästi hyönteisen kykyä paikantaa lähde.

katydidin huomattavat korvat eivät ole vielä paljastaneet kaikkia salaisuuksiaan, ja Montealegre-Z: n tiimi yrittää nyt selvittää, miten simpukan hyönteisversion reseptorit poimivat eri taajuuksia. Tutkimuksen tähti on Phlugis poecila,” kristalli ” katydidi, joka on nimetty läpinäkyvästä ulommasta kynsinauhastaan, jonka avulla tiimi voi tallentaa ja mitata prosesseja niiden tapahtuessa. ”Voimme katsella kuuloa töissä ja nähdä prosesseja, joita ei ole ennen nähty”, Montealegre-Z sanoo.

Jos se, miten hyönteiset kuulevat, vaihtelee valtavasti, niin myös se, mitä ne kuulevat. Hyttysen korvat ovat hyvät ehkä metrin, monikorvainen rakkosirkka voi kuulla kilometrin tai useamman päähän. Sirkkakorvat havaitsevat matalia taajuuksia; rukoilijasirkka-ja koinkorvat on viritetty ultraääneen, mikä on paljon enemmän kuin mikään, mitä ihmiset (tai heidän koiransa) kuulevat. Toisissa, kuten katydidissä, on laajakaistakuulo. ”Hyönteiset kuulevat vain sen, mitä niiden tarvitsee kuulla”, göpfert sanoo. ”Ja evoluutio antoi sen, mikä oli välttämätöntä.”

mutta mikä ajoi evoluution ylipäätään muuttamaan venytysreseptorit korviksi ja tuomaan siten ääntä hyönteismaailmaan? Se on yhä monien entomologien mielessä. Järkevä opas on se, miten hyönteiset käyttävät korviaan nykyään, mutta se on vain opas, koska alun perin yhteen tarkoitukseen hankittu korva olisi helposti voitu yhdistää aikojen kuluessa palvelemaan toista. Yksi asia on varma: kun biologit tutkivat useampia hyönteisryhmiä yksityiskohtaisemmin, jotkin kauan vallalla olleet käsitykset saattavat purra pölyyn.

vaarakorva

nykyisillä hyönteisillä yksi korvien päätehtävistä on kuulla saalistajan lähestyminen ajoissa, jotta se ehtisi toimia ja välttää sen. Öisin lentäville hyönteisille suurin uhka ovat hyönteissyöjälepakot, jotka havaitsevat ja seuraavat saalista ultraääniluotaimella, joten niiden kuulo on viritetty lepakoiden kaikuluotauksen taajuuksille. Tämän jälkeen hyönteiset reagoivat tyypillisillä liikkeillä karkaamaan kaikuluotaussäteestä: jyrkät käännökset, silmukat, ilmasta maahan-virtasukellukset. Jotkin tiikerikoit jopa jumittavat lepakon kaikuluotaimen omilla naksahduksillaan. Kokeet ovat osoittaneet, että lepakon tunnistavat korvat parantavat huomattavasti hyönteisen mahdollisuuksia selviytyä hyökkäyksestä: eräässä tutkimuksessa rukoilijasirkka välttyi 76 prosentilta lepakon hyökkäyksistä, mutta luku laski 34 prosenttiin, kun se kuuroutui.

Jos saalistaminen on voimakas evoluution ajuri, niin on myös seksi. Ja ääni on hyönteiselle tehokas tapa tunnistaa itsensä puolisoehdokkaille: Ääni kulkee hyvin, toimii pimeässä ja tarjoaa keinot kehittää nimikkokappaleita ja yksityisviestintää, joita kukaan muu ei kuule.

niin, onnistunut seksi vai selviytyminen? Joka on kenen korvien takana?

joissakin tapauksissa tutkijat ovat kohtuullisen varmoja. Kaskaiden kuulo näyttää kehittyneen parittelutarkoituksiin: vain laulavilla lajeilla on korvat ja ne ovat herkkiä vain omille matalille lauluilleen. Yöperhosille laukaisimena olivat lepakot. Lepidopteroita on ollut noin 150 miljoonaa vuotta, mutta yhdelläkään yöperhosella ei ollut korvia ennen kaikuluotaavien lepakoiden saapumista paikalle noin 60 miljoonaa vuotta sitten. Ja monet yöperhoset ovat herkkiä vain paikallisten lepakoiden käyttämille taajuuksille—mikä on vahva todiste siitä, että korvat kehittyivät lepakon ilmaisimina.

Mitä sitten pitäisi tehdä Sirkasta, syklopentaankorvan omistajasta? Nykyään rukoilijasirkat näyttävät käyttävän korviaan yksinomaan lepakon ilmaisimina. Mutta entomologeilla on nyt valtavat määrät tietoa rukoilijasirkan korvien monipuolisesta anatomiasta ja tarkasta DNA: han perustuvasta rukoilijasirkan sukupuusta, josta he jäljittivät alkuperäisen rukoilijasirkan korvan. Se kuului lajiin, joka eli 120 miljoonaa vuotta sitten, hieman aikaisemmin kuin nuo kaikuluotainohjatut lepakot. On yhä enemmän todisteita siitä, että muut saalistajat kuin lepakot ovat saattaneet edistää niiden korvien kehitystä ja joidenkin muiden hyönteisten—ehkä matelijoiden, lintujen tai varhaisten nisäkkäiden-korvien kehitystä. Aluskasvillisuuden läpi liikkuvat, kiviä taputtelevat tai lehtevälle oksalle laskeutuvat eläimet ovat harvoin hiljaa. Niiden äänet sisältävät ääni-ja ultraäänielementtejä.

lentävät linnut, jotka ovat olleet olemassa 150 miljoonaa vuotta, nähdään yhä useammin haastajina. Uraauurtavassa tutkimuksessa kanadalaiset biologit tallensivat ääniä, joita poikasten ja idänbibesaarten hakkaavat Siivet synnyttivät niiden liikkuessa hyönteissaaliilla, ja havaitsivat, että siipien lyönteihin kuului monenlaisia taajuuksia, joita hyönteiset voivat havaita kaskaiden, perhosten ja heinäsirkkojen kuulemista matalista äänistä yöperhosten ja rukoilijasirkkojen poimimiin ultraääniääniin.

ja entäpä katydidit, kaikkein vanhimpien korvien haltijat? Nykyiset katydidit käyttävät korviaan sekä viestinnässä että lepakkopaljastimina. Mutta katydidin ääntä tuottava laite voidaan jäljittää fossiiliston avulla varhaiseen esi-isätyyppiin, joka eli 250 miljoonaa vuotta sitten, paljon ennen lepakoita. Vallitseva teoria tähän asti on siis ollut, että katydidin korvien evoluutio otti joitakin kierroksia. Korvien alkuperäinen tehtävä oli antaa katydideille mahdollisuus kuulla toisiaan, ja myöhemmin, ajatuksena on, nuo korvat valittiin toimimaan lepakon ilmaisimina. Tämä johti heidän kuulonsa laajentamiseen kuuloalueelta (alle 20 kHz) ultraääneen (ihmiskorvien ulottumattomissa)—ja tämä puolestaan mahdollisti niiden monimutkaisempien, korkeaäänisempien laulujen kehittymisen, joita katydidit esittävät nykyään. Nykyään vain vähemmistö katydideistä laulaa kuuluvuusalueella, kun taas noin 70 prosentilla on ultraäänilauluja ja muutamilla harvinaisen korkeaäänisiä lauluja. Ennätyksen haltija tähän mennessä on äskettäin löydetty Supersonus aequoreus, joka kutsuu hämmästyttävällä 150 kHz: n teholla.

mutta onko tuo tarina oikea? Saadakseen vastauksen tiedemiehet tarvitsivat tietoa siitä, mitä katydidit kuulivat kaukaisessa menneisyydessä, ja se merkitsi katydidin fossiilien läheistä tarkastelua. Fossiloituneet korvat eivät itsessään ole kovin informatiivisia: ne ovat harvinaisia ja niiden rakenne vaikea erottaa. Mutta on toinenkin tapa päästä kuuloon: yksityiskohtaisesta anatomiasta ääntä tuottavasta tiedosto-ja kaavinlaitteesta fossiloituneilla katydidin siivillä. ”Nuo rakenteet ovat paljon suurempia ja selkeämpiä, ja voimme käyttää niitä luodaksemme äänen, jonka ne tekivät hyvin tarkasti”, sanoo Montealegre-Z—ja päätellä siitä, mitä katydids on kuullut.

Blast from the past

vuonna 2012 Montealegre-Z ja toinen bioakustiikan asiantuntija Daniel Robert Bristolin yliopistosta nousivat otsikoihin, kun he käyttivät tätä lähestymistapaa rekonstruoidessaan Jurassic Timesin katydidin laulun, joka oli 165 miljoonaan vuoteen ennenkuulumaton ääni. Sen mahdollisti kiinalaisen katydidin fossiilin löytyminen, jolla oli lähes täydellisesti säilyneet Siivet. Archaboilus musicus, kuten sukupuuttoon kuollut hyönteinen on nimetty, olisi ”laulanut” musiikkilauluja taajuuksilla noin 6,4 kHz, kuulostaen enemmän sirkalta kuin nykyaikaiselta katydidiltä. Se sopii hyvin tarinaan, että katydids ensin kehittynyt kuulo kommunikoida.

Song from the distant past: analysoimalla file-and-scraper—laitetta fossiloituneen katydidin siivissä tutkijat rekonstruoivat Katydidin kutsun jurakaudelta-165 miljoonaa vuotta sitten.

sen jälkeen ryhmä on kuitenkin tutkinut enemmän fossiilisia katydidejä, ja heidän löytämänsä viittaa siihen, että teoria saattaa tarvita uudistusta. Näyttää siltä, että jotkut muinaiset katydidit käyttivät ultraääntä jo kauan ennen lepakoiden olemassaoloa, sanoo Montealegre-Z. Katydidit myös kuulevat paljon laajemman taajuusalueen kuin he tarvitsisivat vain kuullakseen itsensä. Hänen mielestään tämä viittaa siihen, että niiden korvat eivät ensin kehittyneet laulamista varten, vaan paljolti rukoilijasirkkojen tavoin itsesuojelua varten. ”Luulen, että niiden korvat ovat kehittyneet kuulemaan saalistajia”, hän kertoo. ”Saalistajat ääntelevät monipuolisesti, joten korvien on kyettävä poimimaan ne.”

Jos tämänkaltaiset tutkimukset auttavat selvittämään hyönteisten kuulon evoluutiohistoriaa, ne lupaavat myös jotain muuta: mahdollisuuden salakuunnella muinaista menneisyyttä ja saada uusia oivalluksia hyönteisten käyttäytymisestä. Ne ovat myös saaneet minut malttamattomaksi ensi kesää ja mahdollisuutta tutustua lempeästi kumpuilevien liitukukkuloiden rikkaaseen hyönteiselämään uusin silmin-ja korvin, erityisesti korvin.

kesällä Sussexin alamäkien yllä leijuu hyönteissoinnun sinfonia, kun heinäsirkat ja katydidit sirittävät, surisevat ja naksahtelevat etsiessään rakkautta. Jos rasitan korvani äärirajoille, saatan pystyä poimimaan ison vihreän katydidin ompelukonekoristelun tai coneheadin pehmeän sihisevän laulun, Ja jos olen hyvin onnekas, ehkä jopa syyläpurijan, Britannian harvinaisimman katydidin, nopean tulenliekin naksahdukset. Mutta kuinka paljon minulta vielä puuttuu? Antaisin paljon, jos minulla olisi korvat, jotka voivat poimia lauluja ja ääniä, joita tiedemiehet kokoavat yhteen, mutta jotka vain hyönteiset voivat kuulla.

Tämä artikkeli on alun perin julkaistu 27.11.2018 Knowable Magazinessa, joka on riippumaton journalistinen pyrkimys vuosittaisista arvioista, ja siitä on otettu uusintapainos luvalla. Tilaa uutiskirje.