うだるような夏の日に小さな窓のない部屋で、私は昆虫学のロックスターと対面しています。 私は東イングランドのリンカーン大学にいます,昆虫の中,プラスチック製の植物や居眠り昆虫を含むタンクや瓶が並ぶ部屋. 私はそれを知っている前に、私はコロンビアから活気に満ちた緑のkatydidに紹介されています。

“Copiphora gorgonensisに会いましょう”と、この六本足の有名人の発見者であるFernando Montealegre-Zは言います。 名前はよく知られています：それは昆虫の黄金の顔とミニチュアユニコーンの角の写真と一緒に世界中に飛び散っています。 このkatydidの名声は、しかし、そのルックスではなく、その聴覚にかかっています。 壮大な昆虫のMontealegre-Zの細心の研究は、それが耳をピックアップし、音を分析するのに役立つ鼓膜、耳小骨と蝸牛の昆虫学的バージョンで、それはuncannily私たちのよう

Katydids—何千もの種があります—すべての動物の最小の耳を持ち、”膝”のすぐ下の各前脚に1つあります。”しかし、彼らの小さなサイズと一見奇妙な場所は、これらの臓器の洗練された構造と印象的な機能を偽り：狩猟コウモリの超音波クリックを検出し、将来の仲間の署名の歌を選び出し、夕食に家に帰る。 あるオーストラリアのkatydidは、非常によこしまな方法で獲物をキャプチャするために、その聴覚の腕前を活用しています：それは蝉の交配デュエットの女性の部分を模倣することによって、印象的な距離内の男性の蝉をルアー—音の複雑なパターンを認識し、正確にいつチップ

素晴らしいですか？ 絶対！. 予期しない？ それも 私は今まで昆虫の耳にあまり考えていなかった。 昆虫の目と触角が目立つが、耳は？ ワシの目でさえ、昆虫がそれらを持っているかどうか疑問に思うことは許されるかもしれません。 しかし、明らかに、いくつかは聞く必要があります：夏の空気は、トリル、さえずりと失恋コオロギとバッタ、セミとkatydidsのクリックで満たされ、すべての仲間を

好奇心がピリピリ、私はショウジョウバエmelanogasterで聴覚を研究するドイツのゲッティンゲン大学の神経生物学者Martin Göpfertを呼びます。 Katydidの耳があるけれども驚くべき、彼は私に言う、彼らは驚くべき能力を持つ多くの一つです: 進化は耳を形作ることで非常に多くの試みをしました、その結果は構造とメカニズムの巨大な多様性です。 ほとんどは目に見えないにしても見つけるのが難しく、多くの場合、昆虫は自分の能力を完全に見落としていた私たち自身の範囲をはるかに超えて音を生成し、感知します。 しかし、新しいツールや技術の出現により、より多くの例が明るみに出てきています。感覚生物学者、音響学の専門家、遺伝学者が協力して、それらがどのように機能し、いつ、どのように進化したのか、そしてその理由を突き止めています。

そして、この新たな知識のいくつか、そして化石昆虫の品揃えのおかげで、古代の過去を盗聴することができるという食欲をそそる見通しさえあり、

昆虫が最初に約400万年前に登場したとき、彼らは聴覚障害者だった、Göpfertは私に言います。 これらの祖先の昆虫は900,000種以上に多様化し、ほとんどが祖先と同じくらい聴覚障害者のままですが、いくつかは聞く手段を得ました。 30の主要な昆虫の注文のうち、9つ（最後の数で）は聞くいくつかを含み、聴覚はいくつかの注文で複数回進化してきました—蝶と蛾の間で少なくとも6回。 その最も驚くほど多様なグループ、カブトムシの350,000種は、ほとんどすべての聴覚障害者である、まだ耳を持っているいくつかは、進化の二つの別々のライ すべてが言った、昆虫の耳は20回以上の別々の時間、多様性のための確実なレシピを生じた。

耳、そこに、どこにでも

場所は、ある昆虫の耳と別の昆虫の耳の間の最も明白な違いです: アンテナ（蚊やショウジョウバエ）、前肢（コオロギやkatydids）、翼（ひも）、腹部（蝉、バッタやイナゴ）に耳があり、”首”（寄生ハエ）のために通過するものにあります。 蛾や蝶の間では、耳は口器でさえ、実質的にどこでも収穫します。 膀胱バッタは、腹部の側面に沿って6対の耳を豊富に持っています。 祈りのカマキリは、胸の中央に単一の”cyclopean”の耳を持っています。

このanywhere-goesアプローチは少し奇妙に見えるかもしれませんが、簡単な説明があります：昆虫の耳が進化したすべてのケースで、出発点は既存の感覚器官であった：隣接する体のセグメントが移動するときに小さな振動を監視するストレッチ検出器。 これらの検出器は昆虫の体全体に発生しますが、進化は通常、音によって生成された空中振動を知覚するために、単一のペア（明らかに、ほぼすべてのペア）を修正しただけです。

そこから、耳を鍛えるための新しい試みは、他の構造が協力して再構成され、音をキャプチャ、増幅、フィルタリングし、関連情報を抽出し、神経系に伝 蚊やショウジョウバエでは、音は細かい触角の毛を震えさせます。 他のほとんどの聴覚昆虫は”鼓膜”を持っています: 音波が当たったときに振動する外骨格の薄い膜状のパッチ。 いくつかの鼓膜は空気で満たされた音響室によって支持され、他の鼓膜は流体で満たされたものによって支持される。 これらの振動を検出して解読する感覚細胞、および信号を脳に送信するニューロンの数と配置も、耳ごとに異なります。 だから、いくつかの蛾の耳はただ一つまたは二つのニューロン（蛾を最も迅速な応答者にする）で機能しますが、雄の蚊の耳は約15,000を持っています（それ

いくつかの耳は比較的単純です; 他の人は、彼らのライフスタイルにリンクされている余分な添えものを持っています。 寄生ハエOrmia ochraceaを取る,識別し、その特徴的な呼び出しからそれを見つけた後、クリケットの特定の種にその幼虫を堆積させる. ハエの耳はその”首”に並んで座っており、理論的にはその目標を特定するにはあまりにも近くにあります。 しかし、彼らは正確な位置のための賞を取る、彼らはシーソーのように上下に揺れるので、鼓膜を接続する弾性バンドのおかげで、音が他のものよりも分

Katydidの耳は、Montealegre-Zと彼の同僚によってきれいに実証されているように、その複雑さと哺乳類との類似性の両方でユニークです。 最初は鼓膜の後ろにある小さな硬いプレートです; 第二に、感覚細胞のラインを含む流体で満たされたチューブ。 鼓膜にレーザーを照射し、跳ね返る光を記録するなどの骨の折れる調査を通じて、チームは、小さなプレートが昆虫の鼓膜の振動を管の中の流体に伝達するこ 信号は、チューブに沿って、異なる周波数に調整された感覚細胞の上を波で移動します—この器官は、私たち自身のカタツムリ形の蝸牛のミニチュア、コ

チームは今、彼らの耳が一緒に近いにもかかわらず、女性のkatydidsが暗闇の中で仲間を見つけることにとても良い理由を示すために行ってきました（寄生 私たち自身の耳は私たちの（大きな）頭の両側にあり、音が異なる時間にそれらに到達するのに十分なほど離れています-脳がソースを計算して特定するのに十分な時間とラウドネス。

Katydidsは、胸の側の細孔から膝まで走る呼吸管を拡大することによって、問題を（再び、ユニークな方法で）解決しました; 音は、チューブを介して身体の外側と内側の両方から鼓膜に到達します。 Montealegre-Zと彼の同僚は、音がこの内側のバックルートをよりゆっくりと移動することを示しました—そのため、各音は鼓膜に2回当たりますが、わずかに異な

katydidの驚くべき耳はまだすべての秘密をあきらめておらず、Montealegre-Zのチームは現在、蝸牛の昆虫バージョンの受容体がどのように異な この研究のスターは、透明な外側のキューティクルにちなんで命名された”結晶”katydidであるPhlugis poecilaであり、チームはプロセスを記録して測定することができます。 「私たちは職場でのヒアリングを見て、これまでに見たことのないプロセスを見ることができます」とMontealegre-Zは言います。

昆虫が聞く方法が非常に異なる場合、彼らが聞くものもそうです。 蚊の耳は多分メートルのために良いです;多くの耳の膀胱バッタはキロ以上離れてから聞くことができます。 カマキリと蛾の耳は、人間（または彼らの犬）が聞くことができるものを超えて、超音波に調整されています。 他にも、katydidのようなブロードバンドの聴聞会があります。 “昆虫は聞く必要があるものだけを聞く”とGöpfert氏は言います。 “そして、進化は必要なものを提供しました。”

しかし、何が最初の場所で耳にストレッチ受容体を回すために進化を運転し、そのように昆虫の世界に音をもたらしましたか？ それはまだ多くの昆虫学者の心に質問です。 合理的なガイドは、昆虫が今日彼らの耳を使用する方法ですが、もともとある目的のために取得した耳は簡単に別のものを提供するために長い年月 一つのことは確かです：生物学者がより多くの昆虫群をより詳細に調査するにつれて、いくつかの長年の概念がほこりを噛むかもしれません。

危険のための耳

現代の昆虫では、耳の主な機能の一つは、行動を起こし、それを避けるために時間内に捕食者のアプローチを聞くことです。 夜間飛行昆虫の場合、最大の脅威は、超音波ソナーで獲物を検出して追跡する食虫植物コウモリから来ているので、彼らの聴覚はコウモリのエコー位置クリッ 昆虫はソナービームを脱出するために特徴的な動きで応答します：鋭いターン、ループ-ループ、空対地パワーダイブ。 特定の虎の蛾も、自分のクリックでバットのソナーをジャム。 ある研究では、カマキリはコウモリの攻撃の76％を脱出しましたが、その数は耳を失ったときに34％に減少しました。

捕食が進化の強力なドライバーである場合、そう、あまりにも、セックスです。 そして、音は昆虫が将来の仲間に自分自身を識別するための効率的な方法です: 音はよく移動し、暗闇の中で動作し、誰も聞くことができない署名の歌やプライベートコミュニケーションを開発する手段を提供します。 だから、成功したセックスや生存？

どちらが誰の耳の後ろにあるのですか？いくつかのケースでは、研究者は合理的に確信しています。

セミは交配目的のために聴覚を進化させたようです：歌う種だけが耳を持ち、彼らは自分の低音域の歌にのみ敏感です。 蛾にとっては、コウモリが引き金でした。 鱗翅目は約150万年前に存在していたが、約60万年前にコウモリが現場に到着する前には蛾は耳を持っていなかった。 そして、耳の蛾の多くは、地元のコウモリによって採用された周波数にのみ敏感であり、耳がコウモリ検出器として進化したという強い証拠である。

しかし、カマキリ、cyclopeanの耳の所有者を作るためには何ですか？ 今日では、カマキリはコウモリの検出器として排他的に彼らの耳を使用するように見えます。 しかし、昆虫学者は現在、カマキリの耳の様々な解剖学と、元のカマキリの耳を追跡した正確なDNAベースのカマキリの家系図に関する膨大な量のデータを持 それは120万年前に住んでいた種に属し、それらのソナー誘導されたコウモリよりもむしろ早く。 コウモリ以外の捕食者が耳や他の昆虫の進化に拍車をかけた可能性があるという証拠が増えています—おそらく爬虫類、鳥、または初期の哺乳類。 下草の中を移動したり、岩の上をパターニングしたり、葉の多い枝に着陸したりする動物はめったに静かではありません。 彼らが作る騒音には、可聴および超音波要素が含まれます。

150万年にわたって存在していた飛行鳥は、ますます候補として見られています。 画期的な研究では、カナダの生物学者は、彼らが昆虫の獲物に移動したときにchickadeesと東phoebesの鼓動翼によって生成された音を記録し、翼のビートは、蛾やカマキリ

そして、すべての中で最も古代の耳の所有者であるkatydidsの何ですか？ 現代のkatydidsは、コミュニケーションとコウモリの検出器の両方で耳を使用します。 しかし、katydidの音響生成装置は、2億5000万年前に生息していた初期のタイプの祖先に化石記録を辿ることができます。 だから、今までの一般的な理論は、katydidの耳の進化がいくつかのターンを取ったということでした。 耳の最初の機能はkatydidsがお互いを聞くことを可能にすることでした、そして後で、思考は行きます、それらの耳はbat検出器として役立つことを共同で選 これにより、可聴範囲（20kHz以下）から超音波（人間の耳の届かないところ）までの聴力が拡張され、katydidsが今日示すより複雑で高音の曲の進化が可能になりました。 今日では少数のカティディードのみが可聴範囲で歌い、約70パーセントが超音波歌を持ち、いくつかは非常に高音の歌を持っています。 記録保持者は、これまでのところ、驚くべき150kHzで呼び出す最近発見されたSupersonus aequoreusです。しかし、その話は正しいですか？

答えを得るためには、科学者たちはkatydidが遠い過去に聞いていたものを知る必要があり、それはkatydidの化石をよく見てみることを意味しました。 化石化された耳は、それ自体が非常に有益ではありません：彼らはまれであり、その構造を作るのは難しいです。 しかし、聴覚で取得する別の方法があります：化石katydidの翼上の音を生成するファイルとスクレーパー装置の詳細な解剖学から。 “これらの構造ははるかに大きく、より明確であり、我々は彼らが非常に正確に作られた音を再現するためにそれらを使用することができ、”Montealegre-Zは言う—そ

Blast from the past

2012年、Montealegre-Zとブリストル大学の仲間の生物音響学の専門家Daniel Robertは、このアプローチを使用して、165万年前のジュラ紀のkatydidの歌を再構築したときに見出しを作った。 それを可能にしたのは、ほぼ完全に保存された翼を持つ中国の化石katydidの発見でした。 絶滅した昆虫が命名されたArchaboilus musicusは、現代のkatydidよりもクリケットのように聞こえる、6.4kHzの周りの周波数で音楽の歌を「歌った」でしょう。 それはkatydidsが最初に通信するために聴覚を進化させた話にうまく合います。

遠い過去からの歌：化石化されたkatydidの翼のファイルとスクレーパー装置を分析することによって、科学者たちはジュラ紀-165万年前のkatydidの呼び声を再しかし、それ以来、チームはより多くの化石katydidsを研究しており、彼らが見つけていることは、理論が見直しを必要とするかもしれないことを示唆しています。

コウモリが存在するずっと前に、いくつかの古代katydidsは超音波を使用していたようだ、Montealegre-Z.Katydidsはまた、彼らだけで自分自身を聞く必要があるだろうよりも周波数のはるかに広い範囲を聞くと述べています。 彼の心には、これは彼らの耳が最初に歌うためではなく、カマキリのように、自己保存のために進化したことを示唆しています。 “私は彼らの耳が捕食者を聞くために進化したと思う”と彼は私に言います。 “捕食者は音の多様性を作るので、耳はそれらを選ぶことができなければなりません。”

このような研究が昆虫の聴覚の進化の歴史を解明するのに役立つならば、彼らはまたもっと何かを約束します：古代の過去を盗聴し、昆虫の行動に 彼らはまた、来年の夏のために私をせっかちにし、新しい目と耳、特に耳で穏やかに転がるチョークの丘の豊かな昆虫の生活を探索する機会を与えました。

夏には、サセックス-ダウンズの上の空気は、バッタとkatydidsのチャープ、バズ、愛のための彼らの探求でクリックするように昆虫の音の交響曲で生きています。 私は限界まで私の耳をひずませた場合、私は偉大な緑のkatydidのミシンガラガラやconeheadの柔らかいヒスの歌を選ぶことができるかもしれない、と私は非常に運が良ければ、おそらく英国で最も希少なkatydidのwart-biterの急速な火のクリックさえも選ぶことができるかもしれません。 しかし、私はどのくらい多くの行方不明になりますか？ 私は、科学者がつなぎ合わせている曲や音を選ぶことができる耳を持っていることをたくさん与えるだろうが、昆虫だけで聞くことができます。

この記事は、もともとNovember27,2018によってKnowable Magazine、年次レビューから独立したジャーナリズムの努力によって出版され、許可を得て転載されています。 ニュースレターにサインアップします。