egy kis ablaktalan szobában egy tikkasztó nyári napon, találom magam szemtől-szembe egy entomológiai rocksztár. A Lincoln Egyetemen vagyok kelet-Angliában, egy rovarirtóban, egy szobában, tele tartályokkal és üvegekkel, amelyek műanyag növényeket és szunyókáló rovarokat tartalmaznak. Mielőtt megtudnám, bemutatnak egy élénkzöld katydid-nek Kolumbiából.

“Ismerje meg a Copiphora gorgonensist” -mondja Fernando Montealegre-Z, A hatlábú híresség felfedezője. A név ismerős: a rovar aranyarcáról és a miniatűr egyszarvú szarváról készült fotók mellett az egész világon fröcskölt. Ennek a katydidnek a hírneve azonban nem a megjelenésén, hanem a hallásán nyugszik. A Montealegre-Z aprólékos tanulmányai a csodálatos rovarról kiderítették, hogy füle szokatlanul hasonlít a miénkhez, a dobhártyák, az ossicles és a cochleák entomológiai változataival, amelyek segítenek a hangok észlelésében és elemzésében.

a Katydidáknak-több ezer faj létezik-minden állat legkisebb füle van, mindegyik első lábon egy közvetlenül a “térd alatt.”De kis méretük és látszólag furcsa elhelyezkedésük meghazudtolja ezeknek a szerveknek a kifinomult szerkezetét és lenyűgöző képességeit: észlelni a vadász denevérek ultrahangos kattintásait, kiválasztani a leendő társak aláírási dalait, és otthon vacsorázni. Az egyik Ausztrál katydid kihasználta hallási képességét, hogy nagyon fondorlatos módon rögzítse a zsákmányt: feltűnő távolságon belül csalogatja a hím kabócákat azáltal, hogy utánozza a cicada párzási duett női részét—ez a trükk megköveteli, hogy felismerje a bonyolult hangmintákat és pontosan mikor kell bekapcsolni.

félelmetes? Abszolút. Váratlan? Azt is. Eddig nem nagyon foglalkoztam rovarfülekkel. A rovarok szemei és antennái kiemelkednek, de a fülek? Még a sasszemű is megbocsátható, hogy vajon a rovarok rendelkeznek-e velük. Mégis nyilvánvalóan, néhány kell hallani: a nyári levegő tele van trillák, csipog és kattan Szerelmes tücskök és szöcskék, kabócák és katydids, minden próbál vonzani egy társ.

kíváncsiság felkeltette, hívom neurobiológus Martin G XXL-Pfert a University of G XXL-tingen Németországban, aki tanulmányozza a hallás a gyümölcs légy Drosophila melanogaster. Csodálatos, bár katydid füle van, mondja nekem, ők csak egy a sok közül, elképesztő képességekkel: Az evolúció olyan sok kísérletet tett a fülek alakítására, az eredmény a struktúrák és mechanizmusok hatalmas sokfélesége. A legtöbbet nehéz észrevenni, ha nem is láthatatlanok, és sok esetben a rovarok olyan hangokat produkálnak és érzékelnek, amelyek messze túlmutatnak a saját hatókörünkön, hogy teljesen figyelmen kívül hagytuk képességeiket. De az új eszközök és technológiák megjelenésével egyre több példa kerül napvilágra.szenzoros biológusok, akusztikai szakértők és genetikusok dolgoznak együtt, hogy meghatározzák, hogyan működnek, hogyan és mikor fejlődtek, és miért. És ennek az újonnan felfedezett tudásnak és a fosszilis rovarok széles választékának köszönhetően még az a kínzó kilátás is van, hogy képesek vagyunk lehallgatni az ősi múltat, új dimenziót adva néhány rég eltűnt állat életének és idejének megértéséhez.

amikor a rovarok először megjelentek mintegy 400 millió évvel ezelőtt, süketek voltak, mondja G. Ezek az ősi rovarok több mint 900 000 fajra váltak változatossá, és bár a legtöbb süket maradt, mint őseik, néhányan megszerezték a halláshoz szükséges eszközöket. A 30 fő rovarrend közül kilenc (utolsó számlálás) tartalmaz néhányat, amelyek hallanak, és a hallás egyes rendekben többször fejlődött ki—legalább hatszor a lepkék és lepkék között. A 350.000 faja ennek a legkülönfélébb csoportnak, a bogaraknak, szinte mind süket, mégis az a kevés, akinek van füle, az evolúció két külön vonalán keresztül szerezte meg őket. Mindent összevetve, a rovarfülek több mint 20 külön alkalommal merültek fel, ez egy biztos recept a változatossághoz.

fül, ott és mindenhol

a hely a legnyilvánvalóbb különbség az egyik rovar füle és a másik füle között: Vannak fülek az antennákon (szúnyogok és gyümölcslegyek), az elülső lábak (tücskök és katydidák), a szárnyak (fűzők), a has (kabócák, szöcskék és sáskák) és a “nyak” (parazita legyek). A lepkék és lepkék között a fülek gyakorlatilag bárhol felbukkannak, még a szájrészeken is. A hólyag szöcskének rengeteg füle van, hat párral a has oldalán. Az imádkozó sáskáknak egyetlen,” cyclopean ” fülük van a mellkasuk közepén.

Ez a bárhová megy megközelítés kissé furcsának tűnhet, de van egy egyszerű magyarázat: minden esetben, amikor egy rovarfül fejlődött ki, a kiindulási pont egy meglévő érzékszerv volt: egy nyújtásérzékelő, amely figyeli az apró rezgéseket, amikor a szomszédos testrészek mozognak. Ezek a detektorok az egész rovartestben előfordulnak, de az evolúció általában csak egyetlen párt módosított—látszólag, szinte bármelyik pár—, hogy érzékelje a hang által generált levegőben lévő rezgéseket.

innentől kezdve minden új kísérlet a fülek hamisítására még tovább ment a saját irányába, mivel más struktúrákat választottak és átalakítottak, hogy rögzítsék, erősítsék és szűrjék a hangot, kivonják a releváns információkat és továbbadják az idegrendszernek. A szúnyogokban és a gyümölcslegyekben a hang finom antennaszőröket okoz. A legtöbb más halló rovarnak “dobhártyája”van: vékony, hártyás exoskeleton foltok, amelyek rezegnek, amikor a hanghullámok megüt. Néhány dobhártyát levegővel töltött akusztikus kamrák, másokat folyadékkal töltött kamrák támasztanak alá. Az érzékszervi sejtek száma és elrendezése, amelyek észlelik és dekódolják ezeket a rezgéseket—és az idegsejtek, amelyek jeleket küldenek az agynak—szintén fültől fülig változik. Tehát míg néhány lepke füle csak egy vagy két neuronnal működik (így a lepkék a leggyorsabban reagálnak), egy hím szúnyog fülének körülbelül 15 000 van (így rendkívül érzékeny).

néhány fül viszonylag egyszerű; mások extra harangok és sípok kapcsolódnak az életmódjukhoz. Vegyük a parazita légy Ormia ochracea, amely lerakja a lárvák egy adott faj tücsök azonosítása után és helyüket, hogy a jellegzetes hívás. A légy fülei egymás mellett ülnek a “nyakán”, és elméletileg túl közel vannak egymáshoz ahhoz, hogy pontosan meghatározzák a célpontját. Mégis a pontos helyért kapják a díjat, köszönhetően a dobhártyákat összekötő rugalmas szalagnak, így fel-le ringatóznak, mint egy libikóka, biztosítva, hogy a hang később töredékesen eltalálja az egyik fülét, mint a másik.

a Katydid fülek, amint azt Montealegre-Z és kollégái olyan szépen bizonyították, egyediek mind összetettségükben, mind hasonlóságukban az emlősökéhez. mikro-CT szkennerrel a tudósok rekonstruálták a rovar teljes hallórendszerét, felfedezve két korábban ismeretlen szervet a folyamat során. Az első egy kicsi, kemény lemez a dobhártya mögött; a második, egy folyadékkal töltött cső, amely érzékszervi sejteket tartalmaz. A csapat gondos vizsgálattal, amely magában foglalta a dobhártyán ragyogó lézerek rögzítését és a visszapattanó fény rögzítését, kimutatta, hogy a kis lemez a rovar dobhártyájában lévő rezgéseket továbbítja a csőben lévő folyadékhoz—ugyanaz a szerep, amelyet a középfül csontjai játszanak. A jel ezután egy hullámban halad a cső mentén és a különböző frekvenciákra hangolt szenzoros sejteken keresztül—így ez a szerv a saját csiga alakú cochleánk miniatűr, feltekercselt változata.

a csapat most megmutatta, hogy a nőstény katydidák miért olyan jók a társ megtalálásában a sötétben, annak ellenére, hogy fülük közel van egymáshoz (nem olyan közel, mint a parazita Ormia, de elég közel ahhoz, hogy a pontos hangzás jelentős kihívást jelentsen). Saját füleink a (nagy) fejünk mindkét oldalán fekszenek, és elég messze vannak egymástól ahhoz, hogy a hang különböző időpontokban érje el őket-elegendő idő és hangerő ahhoz, hogy az agy kiszámítsa és megtalálja a forrást.

Katydids megoldotta a problémát (ismét egyedülálló módon) egy légzőcső kibővítésével, amely a mellkas oldalán lévő pórustól a térdig terjed; a hang eléri a dobhártyát mind a testen kívülről, mind belülről a csövön keresztül. Montealegre-Z és kollégái kimutatták, hogy a hang lassabban halad ezen a belső, hátsó úton—tehát minden hang kétszer, de kissé eltérő időpontokban éri el a dobhártyát, drámaian javítva a rovar azon képességét, hogy megtalálja a forrást.

a katydid figyelemre méltó fülei még nem adták fel minden titkukat, és a Montealegre-Z csapata most megpróbálja meghatározni, hogy a cochlea rovarváltozatának receptorai hogyan választják ki a különböző frekvenciákat. A tanulmány csillaga Phlugis poecila, egy” kristály ” katydid, amelyet átlátszó külső kutikulájáról neveztek el, amely funkció lehetővé teszi a csapat számára, hogy rögzítse és mérje a folyamatokat, ahogy azok történnek. “Képesek leszünk figyelni a munkahelyi hallást, és olyan folyamatokat látni, amelyeket még soha nem láttunk”-mondja Montealegre-Z.

Ha a rovarok hallása óriási mértékben változik, akkor az is, amit hallanak. A szúnyogfülek talán egy méterre jók; a sokfülű hólyag szöcske egy vagy több kilométer távolságból hallhat. A krikettfülek alacsony frekvenciákat észlelnek; a sáska és a lepke füle ultrahangra van hangolva, messze túlmutat azon, amit az emberek (vagy kutyáik) hallanak. Megint mások, mint például a katydid, szélessávú hallással rendelkeznek. “A rovarok csak azt hallják, amit hallaniuk kell” – mondja G. “És az evolúció biztosította, ami szükséges volt.”

de mi hajtotta az evolúciót, hogy a nyújtható receptorokat elsősorban fülekké alakítsa, és így hangot adjon a rovarvilágnak? Ez a kérdés még mindig sok entomológus fejében van. Ésszerű útmutató az, hogy a rovarok hogyan használják a fülüket ma, de ez csak útmutató, mivel az eredetileg egy célra megszerzett fül könnyen megválasztható lett volna az eonok felett, hogy egy másikat szolgáljon. Egy dolog biztos: mivel a biológusok több rovarcsoportot vizsgálnak részletesebben, néhány régóta fennálló elképzelés megharaphatja a port.

fül a veszélyre

a modern rovaroknál a fülek egyik elsődleges funkciója, hogy időben meghallják a ragadozó megközelítését, hogy cselekedjenek és elkerüljék azt. Az éjszaka repülő rovarok számára a legnagyobb veszélyt a rovarevő denevérek jelentik, amelyek ultrahangos szonárral érzékelik és követik a zsákmányt, így hallásuk a denevérek echolokációs kattintásainak frekvenciájára van hangolva. A rovarok ezután jellegzetes mozdulatokkal reagálnak, hogy elkerüljék a szonár gerendát: éles fordulatok, hurok-hurkok, levegő-föld teljesítmény merülések. Bizonyos tigrislepkék még a denevér szonárját is saját kattintásokkal elakasztják. A kísérletek azt mutatták, hogy a denevérérzékelő fülek drámai módon javítják a rovarok túlélési esélyeit: egy tanulmányban a sáskák a denevérek támadásainak 76% – át megúszták, de ez a szám 34% – ra esett vissza, amikor fülsiketültek.

Ha a ragadozás az evolúció erőteljes mozgatórugója, akkor a szex is. A hang pedig hatékony módja annak, hogy a rovar azonosítsa magát a leendő társakkal: A hang jól halad, sötétben működik, és olyan aláírási dalok és privát kommunikáció fejlesztésére szolgál, amelyeket senki más nem hallhat.

tehát sikeres szex vagy túlélés? Kinek a füle mögött van?

egyes esetekben a kutatók meglehetősen biztosak. Úgy tűnik, hogy a kabócák párzási célokra fejlesztették ki a hallást: csak az Éneklő fajoknak van fülük, és csak a saját alacsony hangú dalaikra érzékenyek. A lepkék számára a denevérek voltak a ravaszt. A Lepidoptera körülbelül 150 millió éve létezik, de egyetlen lepkének sem volt füle, mielőtt az echolokáló denevérek körülbelül 60 millió évvel ezelőtt megérkeztek a helyszínre. És sok fülű lepke csak a helyi denevérek által alkalmazott frekvenciákra érzékeny—erős bizonyíték arra, hogy a fülek denevérdetektorként fejlődtek ki.

mit csináljunk a sáskából, a ciklopi fül tulajdonosából? Manapság úgy tűnik, hogy a sáskák fülüket kizárólag denevérdetektorként használják. De az entomológusok most már hatalmas mennyiségű adattal rendelkeznek a sáska fülének változatos anatómiájáról és egy pontos DNS-alapú sáska családfáról, amelyből nyomon követték az eredeti sáska fülét. Egy olyan fajhoz tartozott, amely 120 millió évvel ezelőtt élt, inkább korábban, mint a szonár által irányított denevérek. Egyre több bizonyíték van arra, hogy a denevéreken kívüli ragadozók ösztönözhették fülük és más rovarok—talán hüllők, madarak vagy korai Emlősök-fejlődését. Az aljnövényzeten áthaladó állatok, a sziklák fölött tapogatózva vagy a leveles ágon leszállva ritkán hallgatnak. Az általuk kibocsátott zajok hallható és ultrahangos elemeket tartalmaznak.

a 150 millió éve létező repülő madarakat egyre inkább versenyzőknek tekintik. A kanadai biológusok úttörő kutatásban rögzítették a csibék és a keleti phoebek verő szárnyai által generált hangokat, amikor a rovarok zsákmányába költöztek, és megállapították, hogy a szárnyverések széles frekvenciatartományt tartalmaznak, amelyet a rovarok észlelhetnek, az alacsony hangú hangoktól kezdve a kabócákon, lepkéken és szöcskéken át a lepkék és sáskák által kiválasztott ultrahangos hangokig.

és mi van a katydidákkal, a legősibb fülek birtokosaival? A Modern katydidák fülüket mind kommunikációban, mind denevérdetektorként használják. De a katydid hangtermelő készülék a fosszilis nyilvántartáson keresztül visszavezethető egy korai őstípusra, amely 250 millió évvel ezelőtt élt, jóval a denevérek előtt. Tehát az uralkodó elmélet eddig az volt, hogy a katydid fülek evolúciója néhány fordulatot vett. A fülek kezdeti funkciója az volt, hogy lehetővé tegyék a katydidák számára, hogy hallják egymást, később pedig, a gondolkodás megy, ezeket a füleket denevérdetektorként választották ki. Ez ahhoz vezetett, hogy hallásuk a hallható tartománytól (20 kHz alatt) az ultrahangig (az emberi fül elérhetetlenségén túl) meghosszabbodott—ez pedig lehetővé tette a bonyolultabb, magasabb hangú dalok fejlődését, amelyeket a katydids ma mutat. Manapság a katydidáknak csak egy kisebb része énekel a hallható tartományban, míg körülbelül 70 százalékuk rendelkezik ultrahangos dalokkal, néhányuk pedig rendkívül magas hangú dalokkal rendelkezik. A rekordbirtokos eddig a nemrégiben felfedezett Supersonus aequoreus, amely elképesztő 150 kHz-en hív.

de ez a történet igaz? A válaszhoz a tudósoknak tudniuk kellett, mit hallottak a katydidák a távoli múltban, és ez azt jelentette, hogy alaposan megnézték a katydid kövületeket. A megkövesedett fülek önmagukban nem túl informatívak: ritkák, szerkezetüket nehéz kivenni. De van egy másik módja a hallásnak: a megkövesedett katydid szárnyak hangtermelő fájl-kaparó készülékének részletes anatómiájából. “Ezek a struktúrák sokkal nagyobbak és tisztábbak, és felhasználhatjuk őket arra, hogy nagyon pontosan újrateremtsük a hangot”-mondja Montealegre—Z-és ebből következtethetünk arra, amit katydids hallott.

robbanás a múltból

2012-ben Montealegre-Z és Daniel Robert bioakusztikus szakértő a Bristoli Egyetemen, amikor ezt a megközelítést alkalmazták a Katydid dalának rekonstruálására a Jura időkből, egy 165 millió éve hallatlan hang. Ez lehetővé tette egy kínai fosszilis katydid felfedezését, szinte tökéletesen megőrzött szárnyakkal. Archaboilus musicus, amint a kihalt rovarot elnevezték, 6,4 kHz körüli frekvencián” énekelt ” zenei dalokat, inkább krikettnek, mint modernnek hangzva katydid. Ez szépen illeszkedik ahhoz a történethez, hogy katydids először fejlesztette ki a hallást a kommunikációhoz.

dal a távoli múltból: a megkövesedett katydid szárnyainak fájl-kaparó készülékének elemzésével a tudósok rekonstruálták a Katydid hívását A Jura időkből-165 millió évvel ezelőtt.

azóta azonban a csapat több fosszilis katydidot tanulmányozott, és amit találnak, arra utal, hogy az elméletet át kell dolgozni. Úgy tűnik, hogy néhány ősi katydid már jóval a denevérek létezése előtt használta az ultrahangot, mondja Montealegre-Z. A Katydidák sokkal szélesebb frekvenciatartományt is hallanak, mint amennyire csak szükségük lenne ahhoz, hogy hallják magukat. Szerinte ez arra utal, hogy fülük először nem éneklésre, hanem-hasonlóan a sáskákhoz-az önmegőrzésre fejlődött ki. “Azt hiszem, a fülük úgy fejlődött, hogy hallja a ragadozókat” – mondja nekem. “A ragadozók sokféle hangot adnak ki, ezért a füleknek képesnek kell lenniük arra, hogy kiválasszák őket.”ha az ilyen tanulmányok segítenek feltárni a rovarok hallásának evolúciós történetét, akkor még valami mást ígérnek: lehetőséget arra, hogy lehallgatják az ősi múltat, és új betekintést nyerjenek a rovarok viselkedésébe. Türelmetlenné tettek a jövő nyárra és arra a lehetőségre is, hogy új szemmel—és fülekkel, különösen fülekkel-felfedezhessem a gyengéden gördülő Kréta dombok gazdag rovaréletét.

nyáron a Sussex Downs feletti levegő él a rovarok hangjának szimfóniájával, miközben a szöcskék és a katydidák csiripelnek, zümmögnek és kattintanak a szerelem keresésére. Ha a fülemet a végsőkig feszítem, talán ki tudom választani egy nagy zöld katydid varrógépes csörgését vagy egy kúpfej lágy sziszegő dalát, és ha nagyon szerencsés vagyok, talán még a szemölcs-harapó gyors kattintásait is, az Egyesült Királyság legritkább katydidjét. De mennyi hiányzik még? Sokat adnék azért, hogy olyan füleim legyenek, amelyek ki tudják választani a tudósok által összerakott dalokat és hangokat, de csak a rovarok hallják.

ezt a cikket eredetileg November 27-én, 2018-ban tette közzé a Knowable Magazine, az éves vélemények független újságírói törekvése, és engedélyével újranyomtatják. Iratkozzon fel a hírlevélre.