I et lite vindu rom på en trykkende sommerdag, finner jeg meg selv ansikt til ansikt med en entomologisk rockestjerne. Jeg er på University Of Lincoln i øst-England, inne i en insekt, et rom foret med tanker og krukker som inneholder plastplanter og sovende insekter. Før jeg vet ordet av det, jeg blir introdusert til en levende-grønn katydid Fra Colombia.»Møt Copiphora gorgonensis,» sier Fernando Montealegre-Z, oppdageren av denne seksbente kjendisen. Navnet er kjent: Det har blitt sprutet over hele verden sammen med bilder av insektets gyldne ansikt og miniatyr enhjørningens horn. Kjentheten til denne katydid hviler ikke på utseendet, men på høringen. Montealegre-Zs grundige studier av det storslåtte insektet viste at det har ører uhyggelig som vårt, med entomologiske versjoner av trommehinner, ossikler og cochleaer for å hjelpe det å plukke opp og analysere lyder.

Katydids-det er tusenvis av arter-har de minste ørene til noe dyr, en på hvert fremre ben like under » kneet.»Men deres lille størrelse og tilsynelatende merkelige plassering trosser den sofistikerte strukturen og imponerende egenskapene til disse organene: å oppdage ultralydklikkene til jaktfladder, plukke ut signatursangene til potensielle kamerater, og hjemme på middag. En Australsk katydid har kapitalisert på sin auditive dyktighet for å fange byttedyr på en svært utspekulert måte: det lokker mannlige sikader innen slående avstand ved å etterligne den kvinnelige delen av cicada parring duett—et triks som krever at den gjenkjenner komplekse lydmønstre og nøyaktig når man skal chip inn.

Fantastisk? Absolutt. Uventet? Det også. Jeg hadde aldri tenkt mye på insektører før nå. Insekt øyne og antenner skiller seg ut, men ører? Selv ørnøyet kan bli tilgitt for å lure på om insekter har dem. Men åpenbart, noen må høre: sommeren luften er fylt med triller, kvitrer og klikk på forlatte sirisser og gresshopper, sikader og katydids, alle prøver å tiltrekke seg en kompis.

Nysgjerrighet pirret, jeg kaller nevrobiolog Martin G ④fert Ved Universitetet I Gö I Tyskland, som studerer hørsel i fruktfluen Drosophila melanogaster. Utrolig om katydid ører er, han forteller meg, de er bare en av mange med forbløffende evner: Evolusjonen har gjort så mange forsøk på å forme ører, resultatet er et stort mangfold av strukturer og mekanismer. De fleste er vanskelig å få øye på, om ikke usynlig, og i mange tilfeller insekter produsere og fornemme lyder så langt utover vårt eget utvalg at vi oversett deres evner helt. Men med bruk av nye verktøy og teknologier, stadig flere eksempler kommer frem i lyset.Sensoriske biologer, akustikkeksperter og genetikere jobber sammen for å finne ut hvordan De alle fungerer, hvordan og når de utviklet seg, og hvorfor. Og takket være noe av denne nyvunne kunnskapen, og et utvalg av fossile insekter, er det til og med det tantaliserende prospektet for å kunne avlytte den gamle fortiden, og legge til en ny dimensjon til vår forståelse av livet og tider av noen lenge forsvunnet dyr.

da insekter først dukket opp for rundt 400 millioner år siden, var de døve, Forteller Gö meg. Disse forfedre insekter fortsatte å diversifisere til mer enn 900 000 arter, og mens de fleste forblir så døve som deres forfedre, fikk noen midler til å høre. Av de 30 store insektordrene inkluderer ni (ved siste telling) noen som hører, og hørsel har utviklet seg mer enn en gang i noen ordrer—minst seks ganger blant sommerfugler og møll. De 350.000 artene av den mest blendende mangfoldige gruppen, billene, er nesten alle døve, men de få som har ører kjøpte dem gjennom to separate evolusjonslinjer. Alt sagt, insektører oppsto mer enn 20 separate tider, en sikker brannoppskrift på variasjon.

Øre, der og overalt

Plassering Er den mest åpenbare forskjellen mellom ett insekts ører og et annet: Det er ører på antenner( mygg og fruktfluer), forben (crickets og katydids), vinger (lacewings), mage (cicadas, gresshopper og gresshopper) og på hva som går for en «nakke» (parasitære fluer). Blant møll og sommerfugler, ører dukker opp nesten hvor som helst, selv på munndeler. Blæren gresshopper har en overflod av ører med seks par langs sidene av buken. Praying mantises har et enkelt,» cyclopean » øre i midten av brystet.

denne tilnærmingen hvor som helst kan virke litt rar, men det er en enkel forklaring: i hvert tilfelle hvor et insektør utviklet seg, var utgangspunktet et eksisterende sensorisk organ: en strekkdetektor som overvåker små vibrasjoner når nærliggende kroppssegmenter beveger seg. Disse detektorer forekommer i hele insektlegemet, men evolusjonen endret vanligvis bare et enkelt par-tilsynelatende, nesten alle par – for å oppleve luftbårne vibrasjoner generert av lyd.Derfra gikk hvert nytt forsøk på å smi ører enda lenger i sin egen retning, da andre strukturer ble samvalgt og omkonfigurert for å fange, forsterke og filtrere lyd, trekke ut relevant informasjon og formidle den til nervesystemet. I mygg og fruktfluer forårsaker lyden fine antennehår å skjelve. De fleste andre hørselsinsekter har «trommehinder»: tynne, membranøse flekker av exoskeleton som vibrerer når lydbølger treffer. Noen trommehinder er støttet av luftfylte akustiske kamre, andre av væskefylte. Antallet og arrangementet av sensoriske celler som oppdager og dekoder disse vibrasjonene—og nevronene som sender signalene til hjernen-varierer også fra øre til øre. Så mens noen møllører fungerer med bare en eller to nevroner (gjør møllene til de raskeste responderne), har en mannlig myggs øre rundt 15.000 (noe som gjør det utsøkt følsomt).

noen ører er relativt enkle; andre har ekstra bjeller og fløyter knyttet til deres livsstil. Ta parasittisk fly Ormia ochracea, som legger larver på en bestemt art av cricket etter å ha identifisert og lokalisert den fra sin karakteristiske samtale. Flyets ører sitter side om side på sin «nakke» og er teoretisk for tett sammen for å finne sitt mål. Likevel tar de prisen for nøyaktig plassering, takket være et elastisk bånd som forbinder trommehinnene, slik at de rocker opp og ned som en seesaw, slik at lyden treffer det ene øret fraksjonalt senere enn det andre.

Katydid ører, som Så pent demonstrert Av Montealegre-Z Og hans kolleger, er unike både i deres kompleksitet og deres likhet med et pattedyr. ved hjelp av en mikro-CT-skanner rekonstruerte forskerne insektets hele hørselssystem, og oppdaget to tidligere ukjente organer i prosessen. Den første er en liten, hard plate bak trommehinnene; den andre, et væskefylt rør som inneholder en linje av sensoriske celler. Gjennom omhyggelig undersøkelse som inkluderte skinnende lasere på trommehinnen og opptak av lyset som hoppet tilbake, viste teamet at den lille platen overfører vibrasjoner i insektets trommehinne til væsken i røret-den samme rollen som beinene i mellomøret. Signalet beveger seg deretter i en bølge langs røret og over sensoriske celler innstilt til forskjellige frekvenser—noe som gjør dette organet til en miniatyr, uncoiled versjon av vår egen snegleformede cochlea. teamet har nå gått på å vise hvorfor kvinnelige katydids er så flinke til å finne en make i mørket, selv om ørene er tett sammen (ikke så nær som de av parasittiske Ormia, men nær nok til å gjøre pinpointing lyd en betydelig utfordring). Våre egne ører ligger på hver side av våre (store) hoder og er langt nok fra hverandre for en lyd å nå dem på forskjellige-nok ganger og lydstyrke for hjernen å beregne og finne kilden.

Katydids løste problemet (igjen, på en unik måte) ved å forstørre et pusterør som går fra en pore i siden av brystet til kneet; lyd når trommehinnen både fra utsiden av kroppen og fra innsiden via røret. Montealegre-Z og hans kolleger viste at lyden reiser denne indre, tilbake ruten saktere – slik at hver lyd treffer trommehinnen to ganger, men på litt forskjellige tider, dramatisk bedre insekt evne til å finne kilden.

katydids bemerkelsesverdige ører har ennå ikke gitt opp alle sine hemmeligheter, Og Montealegre-Zs team prøver nå å finne ut hvordan reseptorene i insektversjonen av cochlea plukker ut forskjellige frekvenser. Stjernen i denne studien Er Phlugis poecila, En «krystall» katydid oppkalt etter sin gjennomsiktige ytre kutikula, en funksjon som gjør at laget kan registrere og måle prosesser når de skjer. «Vi vil kunne se hørsel på jobb og se prosesser som aldri har sett før,» Sier Montealegre-Z.

hvis hvordan insekter hører varierer enormt, så gjør det de hører. Mygg ører er bra for kanskje en meter; mange-eared blære gresshopper kan høre fra en kilometer eller mer unna. Cricket ører oppdage lave frekvenser; mantis og møll ører er innstilt til ultralyd, langt utover alt mennesker (eller deres hunder) kan høre. Fortsatt andre, som en katydid, har bredbåndshøring. «Insekter hører bare det de trenger å høre,» sier Gö. «Og evolusjonen ga det som var nødvendig.»

Men hva drev evolusjonen til å forvandle strekkreseptorer til ører i utgangspunktet, og så bringe lyd til insektverdenen? Det er et spørsmål fortsatt på mange entomologers sinn. En rimelig guide er hvordan insekter bruker ørene i dag, men det er bare en guide, siden et øre som opprinnelig ble kjøpt for ett formål, kunne lett ha blitt samvalgt over eonene for å tjene en annen. En ting er sikkert: som biologer undersøker flere insektgrupper i større detalj, kan noen langvarige forestillinger bite støvet.

et øre for fare

i moderne insekter er en av ørens primære funksjoner å høre tilnærming til en rovdyr i tide for å handle og unngå det. For nattflygende insekter kommer den største trusselen fra insektbeskyttende flaggermus som oppdager og sporer byttedyr med ultralydsonar, og så blir deres hørsel innstilt til frekvensene av flaggermusens ekkolokaliserende klikk. Insektene reagerer deretter med karakteristiske trekk for å unnslippe sonarstrålen: skarpe svinger, sløyfe-løkkene, luft-til-jord kraftdykk. Visse tiger møll selv jam flaggermus sonar med klikk av sine egne. Eksperimenter har vist at bat-detekterende ører dramatisk forbedrer et insekts utsikter til å overleve angrep: i en studie rømte mantiser 76 prosent av flaggermusangrepene, men tallet falt til 34 prosent da de ble døvet.

hvis predasjon er en kraftig drivkraft for evolusjon, så er også sex. Og lyd er en effektiv måte for et insekt å identifisere seg til potensielle kamerater: Lyd reiser godt, fungerer i mørket og gir midler til å utvikle signatursanger og privat kommunikasjon som ingen andre kan høre.

så vellykket sex eller overlevelse? Som ligger bak hvis ører?

i noen tilfeller er forskere rimelig sikre. Sikader synes å ha utviklet hørsel for parringsformål: bare sangarter har ører og de er følsomme bare for sine egne lavfrekvente sanger. For møll var flaggermus utløseren. Lepidoptera har eksistert rundt 150 millioner år, men ingen møll hadde ører før echolocating flaggermus kom på scenen for rundt 60 millioner år siden. Og mange av eared møllene er følsomme bare for frekvensene som brukes av deres lokale flaggermus-sterkt bevis på at ørene utviklet seg som flaggermusdetektorer.

hva, skjønt, å gjøre av mantiene, eier av det kyklopiske øret? I dag synes mantises å bruke ørene utelukkende som bat detektorer. Men entomologer har nå store mengder data om den varierte anatomien til mantisører og et nøyaktig DNA-basert mantis-slektstre, hvorfra de spores det opprinnelige mantisøret. Den tilhørte en art som levde for 120 millioner år siden, heller tidligere enn de sonarstyrte flaggermusene. Det er økende bevis på at andre rovdyr enn flaggermus kan ha ansporet utviklingen av ørene og de av noen andre insekter – kanskje reptiler, eller fugler eller tidlige pattedyr. Dyr som beveger seg gjennom underveksten, patterer over bergarter eller lander på en løvgren, er sjelden stille. Lydene de lager inkluderer hørbare og ultralydelementer.

Flygende fugler, som har eksistert i 150 millioner år, blir i økende grad sett på som utfordrere. I banebrytende forskning registrerte Kanadiske biologer lyder generert av de slående vingene av chickadees og østlige phoebes da de flyttet inn på insektbytt, og fant at vingeslagene inkluderte et bredt spekter av frekvenser som insekter kan oppdage, fra lavfrekvente lyder hørbar til cikader, sommerfugler og gresshopper, til ultralydlyder plukket ut av møll og mantises.

og hva med katydidene, besittere av de eldgamle ører av alle? Moderne katydider bruker ørene både i kommunikasjon og som bat detektorer. Men katydid-lydproduserende apparatet kan spores tilbake gjennom fossilregistreringen til en tidlig type forfedre som levde for 250 millioner år siden, godt før flaggermus gjorde det. Så den rådende teorien frem til nå har vært at utviklingen av katydid ører tok noen svinger. Ørene ‘ første funksjon var å aktivere katydids å høre hverandre, og senere, tenkning går, disse ørene ble co-valgt å tjene som bat detektorer. Dette førte til utvidelsen av hørselen fra hørbar rekkevidde (under 20 kHz) til ultralyd (utenfor rekkevidde av menneskelige ører)—og som igjen tillot utviklingen av de mer komplekse, høyere-pitched sangene som katydids viser i dag. I dag, bare et mindretall av katydids synge i hørbar rekkevidde, mens om 70 prosent har ultralyd sanger og noen har usedvanlig høyfrekvente sanger. Rekordholderen, så langt, er den nylig oppdagede Supersonus aequoreus, som kaller på en forbløffende 150 kHz.

men er den historien riktig ? For å få på svaret, forskere trengte å vite hva katydids hørte i en fjern fortid, og det betydde å ta en nærmere titt på katydid fossiler. De fossiliserte ører er ikke selv veldig informative: de er sjeldne og deres struktur vanskelig å få ut. Men det er en annen måte å høre på: fra den detaljerte anatomien til lydproduserende fil-og-skrapeapparatet på fossiliserte katydid-vinger. «Disse strukturene er mye større og klarere, og vi kan bruke dem til å gjenskape lyden de gjorde veldig nøyaktig,» sier Montealegre-Z-og fra det, utlede hva katydids må ha hørt.

Blast from the past

I 2012 skapte Montealegre-Z og Andre bioakustikkekspert Daniel Robert Ved University Of Bristol overskrifter da de brukte denne tilnærmingen til å rekonstruere sangen til en katydid Fra Jurassic times, en lyd uhørt i 165 millioner år. Det som gjorde det mulig var oppdagelsen Av En Kinesisk fossil katydid med nesten perfekt bevarte vinger. Archaboilus musicus, som det utdøde insektet har blitt kalt, ville ha «sunget» musikalske sanger på frekvenser rundt 6,4 kHz, som høres mer ut som en cricket enn en moderne katydid. Det passer fint med historien som katydids først utviklet hørsel for å kommunisere.

Sang fra den fjerne fortiden: ved å analysere fil-og-skrapeapparatet på en fossilisert katydids vinger, rekonstruerte forskere kallet til en katydid fra Jurassic times-165 millioner år siden—Siden da har teamet imidlertid studert flere fossile katydider, og hva de finner tyder på at teorien kanskje trenger en overhaling. Det ser ut til at noen gamle katydider brukte ultralyd lenge før flaggermus eksisterte, sier Montealegre-Z. Katydids hører også et mye bredere spekter av frekvenser enn de trenger bare å høre seg selv. Til hans sinn, dette tyder på at ørene først utviklet seg ikke for sang, men, mye som mantises, for selvoppholdelsesdrift. «Jeg tror ørene deres utviklet seg for å høre rovdyr,» forteller han meg. «Predators gjør et mangfold av lyder og så ører må kunne plukke dem ut.»Hvis studier som disse bidrar til å unravel den evolusjonære historien om insekthørsel, lover de også noe mer: muligheten til å avlytte på den gamle fortiden og få ny innsikt i insektadferd. De har også gjort meg utålmodig for neste sommer og sjansen til å utforske det rike insektlivet i de forsiktig bølgende kritthøydene heromkring med nye øyne-og ører, spesielt ører.om sommeren er luften over Sussex Downs levende med en symfoni av insektlyd som gresshopper og katydider kvitrer, buzz og klikker i sin søken etter kjærlighet. Hvis jeg strekker ørene mine til grensen, kan jeg kanskje plukke ut symaskinens rattle av en stor grønn katydid eller den myke hissende sangen til en conehead, og hvis jeg er veldig heldig, kanskje til og med de raske brannklikkene til vortebiteren, STORBRITANNIAS sjeldneste katydid. Men hvor mye mer vil jeg savne? Jeg vil gi mye å ha ører som kan plukke ut sangene og lydene forskere setter sammen, men at insekter alene kan høre. denne artikkelen ble opprinnelig publisert 27. November 2018 av Knowable Magazine, et uavhengig journalistisk forsøk fra Årlige Anmeldelser, og er gjengitt med tillatelse. Meld deg på nyhetsbrevet.