într-o cameră mică, fără ferestre, într-o zi toridă de vară, mă găsesc față în față cu o stea rock entomologică. Sunt la Universitatea Lincoln din estul Angliei, în interiorul unui insectar, o cameră căptușită cu rezervoare și Borcane care conțin plante de plastic și insecte moțăitoare. Înainte să-mi dau seama, mi se face cunoștință cu un katydid verde vibrant din Columbia.”Faceți cunoștință cu Copiphora gorgonensis”, spune Fernando Montealegre-Z, descoperitorul acestei celebrități cu șase picioare. Numele este familiar: a fost stropit în întreaga lume alături de fotografii cu fața aurie a insectei și cornul unicornului în miniatură. Renumele acestui katydid nu se bazează însă pe aspectul său, ci pe auzul său. Studiile meticuloase ale lui Montealegre-Z asupra magnificei insecte au arătat că are urechi ciudate ca ale noastre, cu versiuni entomologice ale timpanelor, osiculelor și cohleelor pentru a o ajuta să ridice și să analizeze sunetele.

Katydids—există mii de specii—au cele mai mici urechi ale oricărui animal, câte unul pe fiecare picior din față chiar sub „genunchi”.”Dar dimensiunea lor mică și locația aparent ciudată contrazic structura sofisticată și capacitățile impresionante ale acestor organe: să detecteze clicurile ultrasonice ale Liliecilor de vânătoare, să aleagă cântecele semnate ale potențialilor colegi și să se întoarcă acasă la cină. Un katydid Australian și—a valorificat priceperea auditivă de a captura prada într-un mod foarte viclean: atrage cicadele masculine la distanță izbitoare, imitând partea feminină a duetului de împerechere a cicadei-un truc care îi cere să recunoască modele complexe de sunet și exact când să cipeze.

minunat? Absolut. Neașteptat? Și asta. Nu m-am gândit niciodată prea mult la urechile insectelor până acum. Ochii și antenele insectelor ies în evidență, dar urechile? Chiar și ochii de vultur ar putea fi iertați pentru că se întreabă dacă insectele le au. Cu toate acestea, în mod evident, unii trebuie să audă: aerul de vară este umplut cu triluri, ciripituri și clicuri de greieri lovelorn și lăcuste, greieri și katydids, toate încercând să atragă un partener.

curiozitatea piqued, eu numesc neurobiolog Martin G Inktpfert de la Universitatea din G Inkttingen din Germania, care studiază auzul în zbura de fructe Drosophila melanogaster. Uimitor, deși urechile katydid sunt, îmi spune el, sunt doar una dintre multele cu capacități uimitoare: Evoluția a făcut atât de multe încercări de modelare a urechilor, rezultatul fiind o mare diversitate de structuri și mecanisme. Cele mai multe sunt greu de observat, dacă nu invizibile, și în multe cazuri insectele produc și simt sunete atât de mult dincolo de propria noastră gamă încât am trecut cu vederea abilitățile lor în întregime. Dar odată cu apariția de noi instrumente și tehnologii, tot mai multe exemple ies la iveală.biologii senzoriali ,experții în acustică și geneticienii lucrează împreună pentru a stabili cum funcționează toți, cum și când au evoluat și de ce. Și datorită acestei noi cunoștințe și a unui sortiment de insecte fosile, există chiar și perspectiva tentantă de a putea trage cu urechea la trecutul antic, adăugând o nouă dimensiune înțelegerii noastre despre viața și vremurile unor animale dispărute de mult.

când insectele au apărut pentru prima dată în urmă cu aproximativ 400 de milioane de ani, erau surde, îmi spune G. Aceste insecte ancestrale au continuat să se diversifice în mai mult de 900.000 de specii și, în timp ce majoritatea rămân la fel de surzi ca strămoșii lor, unii au câștigat mijloacele de a auzi. Din cele 30 de ordine majore de insecte, nouă (la ultimul număr) includ unele care aud, iar auzul a evoluat de mai multe ori în unele ordine—de cel puțin șase ori printre fluturi și molii. Cele 350.000 de specii ale acelui grup extrem de divers, gândacii, sunt aproape toate surde, totuși puținele care au urechi le-au dobândit prin două linii separate de evoluție. Cu toate acestea, urechile insectelor au apărut de mai bine de 20 de ori separate, o rețetă sigură pentru varietate.

ureche, acolo și peste tot

locația este cea mai evidentă diferență între urechile unei insecte și ale alteia: Există urechi pe antene (țânțari și muște de fructe), picioare anterioare (greieri și katydide), aripi (dantela), abdomen (cicade, lăcuste și lăcuste) și pe ceea ce trece pentru un „gât” (muște parazite). Printre molii și fluturi, urechile se ridică practic oriunde, chiar și pe părțile bucale. Lăcusta vezicii urinare are o abundență de urechi cu șase perechi de-a lungul părților laterale ale abdomenului. Mantisele de rugăciune au o singură ureche „ciclopeană” în mijlocul pieptului.

această abordare oriunde-merge ar putea părea un pic ciudat, dar există o explicație simplă: în fiecare caz în care o ureche de insecte a evoluat, punctul de plecare a fost un organ senzorial existent: un detector de întindere care monitorizează vibrațiile minuscule atunci când segmentele corpului vecine se mișcă. Acești detectori apar în tot corpul insectelor, dar evoluția a modificat de obicei doar o singură pereche—aparent, aproape orice pereche—pentru a percepe vibrațiile din aer generate de sunet.

de acolo, fiecare nouă încercare de a falsifica urechile a mers și mai departe în propria direcție, pe măsură ce alte structuri au fost cooptate și reconfigurate pentru a capta, amplifica și filtra sunetul, extrage informațiile relevante și le transmite sistemului nervos. La țânțarii și muștele fructelor, sunetul face ca firele fine de antenă să tremure. Majoritatea celorlalte insecte auditive au „timpane”: patch-uri subțiri, membranoase de exoschelet care vibrează atunci când undele sonore lovesc. Unele timpane sunt susținute de camere acustice umplute cu aer, altele de cele umplute cu lichid. Numărul și dispunerea celulelor senzoriale care detectează și decodifică acele vibrații—și neuronii care trimit semnalele către creier—variază, de asemenea, de la ureche la ureche. Deci, în timp ce unele urechi de molii funcționează cu doar unul sau doi neuroni (ceea ce face ca moliile să răspundă cel mai rapid), urechea unui țânțar mascul are în jur de 15.000 (ceea ce o face deosebit de sensibilă).

unele urechi sunt relativ simple; alții au clopote și fluiere suplimentare legate de stilul lor de viață. Luați musca parazită Ormia ochracea, care își depune larvele pe o anumită specie de cricket după identificarea și localizarea acesteia din apelul său caracteristic. Urechile muștei stau una lângă alta pe „gâtul” său și sunt teoretic prea apropiate pentru a-și identifica ținta. Cu toate acestea, ei iau premiul pentru locația exactă, datorită unei benzi elastice care leagă timpanele, astfel încât acestea să se rotească în sus și în jos ca un balansoar, asigurându-se că sunetul lovește o ureche fracționat mai târziu decât cealaltă.

urechile Katydid, așa cum a demonstrat atât de bine Montealegre-Z și colegii săi, sunt unice atât prin complexitatea lor, cât și prin asemănarea lor cu un mamifer. folosind un scaner micro-CT, oamenii de știință au reconstruit întregul sistem auditiv al insectei, descoperind două organe necunoscute anterior în acest proces. Prima este o placă mică și tare în spatele timpanelor; al doilea, un tub umplut cu lichid care conține o linie de celule senzoriale. Prin investigații minuțioase care au inclus lasere strălucitoare la timpan și înregistrarea luminii care cade înapoi, echipa a arătat că placa mică transmite vibrații în timpanul insectei către lichidul din tub—același rol jucat de oasele din urechea medie. Semnalul se deplasează apoi într—o undă de-a lungul tubului și peste celulele senzoriale reglate la frecvențe diferite-făcând acest organ o versiune miniaturală, neacoperită a cohleei noastre în formă de melc.

echipa a continuat să arate de ce femeile katydids sunt atât de bune în găsirea unui partener în întuneric, chiar dacă urechile lor sunt apropiate (nu atât de apropiate ca cele ale ormiei parazitare, dar suficient de aproape pentru a face ca sunetul să fie o provocare considerabilă). Urechile noastre se află de o parte și de alta a capului nostru (mare) și sunt suficient de depărtate pentru ca un sunet să ajungă la ele în momente diferite-suficiente pentru ca creierul să calculeze și să localizeze sursa.

Katydids a rezolvat problema (din nou, într-un mod unic) prin mărirea unui tub de respirație care curge de la un por din partea laterală a pieptului până la genunchi; sunetul ajunge la timpane atât din afara corpului, cât și din interior prin tub. Montealegre-Z și colegii săi au arătat că sunetul parcurge acest traseu interior, înapoi mai încet—astfel încât fiecare sunet lovește timpanul de două ori, dar la momente ușor diferite, îmbunătățind dramatic capacitatea insectei de a localiza sursa.

urechile remarcabile ale lui katydid nu au renunțat încă la toate secretele lor, iar echipa lui Montealegre-Z încearcă acum să stabilească modul în care receptorii din versiunea de insecte a cohleei aleg frecvențe diferite. Steaua acestui studiu este Phlugis poecila, un katydid” cristal ” numit pentru cuticula sa exterioară transparentă, o caracteristică care permite echipei să înregistreze și să măsoare procesele pe măsură ce se întâmplă. „Vom putea urmări auzul la locul de muncă și vom vedea procese nemaivăzute până acum”, spune Montealegre-Z.

dacă felul în care aud insectele variază enorm, la fel și ceea ce aud. Urechile de țânțari sunt bune poate pentru un metru; lăcusta vezicii urinare cu multe urechi poate auzi de la un kilometru sau mai mult distanță. Urechile de Cricket detectează frecvențe joase; urechile mantis și molii sunt reglate la ultrasunete, mult dincolo de orice pot auzi oamenii (sau câinii lor). Alții, cum ar fi katydid, au auz în bandă largă. „Insectele aud doar ceea ce au nevoie să audă”, spune G. „Și evoluția a oferit ceea ce era necesar.”

dar ce a determinat evoluția să transforme receptorii întinși în urechi, în primul rând, și astfel să aducă sunet în lumea insectelor? Aceasta este o întrebare încă în mintea multor entomologi. Un ghid rezonabil este modul în care insectele își folosesc urechile astăzi, dar este doar un ghid, deoarece o ureche dobândită inițial pentru un scop ar fi putut fi ușor cooptată peste eoni pentru a servi altuia. Un lucru este sigur: pe măsură ce biologii investighează mai multe grupuri de insecte în detaliu, unele Noțiuni de lungă durată pot mușca praful.

o ureche pentru pericol

la insectele moderne, una dintre funcțiile principale ale urechilor este de a auzi apropierea unui prădător la timp pentru a lua măsuri și a-l evita. Pentru insectele care zboară noaptea, cea mai mare amenințare provine de la liliecii insectivori care detectează și urmăresc prada cu sonar ultrasonic, astfel încât auzul lor este reglat la frecvențele clicurilor ecolocante ale liliecilor. Insectele răspund apoi cu mișcări caracteristice pentru a scăpa de fasciculul sonar: viraje ascuțite, buclă-buclele, scufundări de putere aer-sol. Anumite molii tigru chiar gem sonar liliac cu clicuri proprii. Experimentele au arătat că urechile de detectare a liliecilor îmbunătățesc dramatic perspectivele unei insecte de a supraviețui atacului: într-un studiu, mantisele au scăpat de 76% din atacurile liliecilor, dar acest număr a scăzut la 34% când au fost asurzite.

dacă prădarea este un motor puternic al evoluției, la fel și sexul. Și sunetul este un mod eficient pentru o insectă pentru a se identifica la colegii potențiali: Sunetul călătorește bine, funcționează în întuneric și oferă mijloacele de a dezvolta melodii semnate și comunicații private pe care nimeni altcineva nu le poate auzi.

deci, sex de succes sau supraviețuire? Care se află în spatele urechilor cui?

în unele cazuri, cercetătorii sunt destul de siguri. Cicadele par să fi evoluat auzul în scopuri de împerechere: doar speciile cântătoare au urechi și sunt sensibile doar la propriile lor cântece joase. Pentru molii, liliecii au fost declanșatorul. Lepidopterele au fost în jur de aproximativ 150 de milioane de ani, dar nici o molie nu a avut urechi înainte ca liliecii ecolocați să sosească pe scenă în urmă cu aproximativ 60 de milioane de ani. Și multe dintre moliile urechilor sunt sensibile doar la frecvențele folosite de liliecii lor locali—dovezi puternice că urechile au evoluat ca detectoare de lilieci.

ce, totuși, să facem din mantis, proprietarul urechii ciclopice? Astăzi, mantisele par să-și folosească urechile exclusiv ca detectoare de lilieci. Dar entomologii au acum cantități mari de date despre anatomia variată a urechilor mantis și un arbore genealogic precis bazat pe ADN, din care au urmărit urechea mantis originală. A aparținut unei specii care a trăit acum 120 de milioane de ani, mai degrabă mai devreme decât acei lilieci ghidați de sonar. Există tot mai multe dovezi că prădătorii, alții decât liliecii, ar fi putut stimula evoluția urechilor lor și a altor insecte—poate reptile, păsări sau mamifere timpurii. Animalele care se deplasează prin tufișuri, se aruncă peste pietre sau aterizează pe o ramură cu frunze sunt rareori tăcute. Zgomotele pe care le fac includ elemente sonore și ultrasonice.

păsările zburătoare, care există de 150 de milioane de ani, sunt din ce în ce mai văzute ca concurenți. În cercetările inovatoare, biologii canadieni au înregistrat sunete generate de aripile bătătoare ale puilor și phoebelor de Est în timp ce se deplasau pe prada insectelor și au descoperit că bătăile aripilor includeau o gamă largă de frecvențe pe care insectele le pot detecta, de la sunete joase audibile la greieri, fluturi și lăcuste, la sunete ultrasonice alese de molii și mantise. și cum rămâne cu katydizii, posesorii celor mai vechi urechi dintre toate? Katydidele moderne își folosesc urechile atât în comunicare, cât și ca detectoare de lilieci. Dar aparatul de producere a sunetului katydid poate fi urmărit prin înregistrarea fosilelor până la un tip timpuriu de strămoș care a trăit acum 250 de milioane de ani, cu mult înainte de lilieci. Deci, teoria predominantă până acum a fost că evoluția urechilor katydid a luat unele schimbări. Funcția inițială a urechilor a fost de a permite katydids să se audă unul pe altul, și mai târziu, gândirea merge, aceste urechi au fost cooptate pentru a servi ca detectoare de lilieci. Acest lucru a dus la extinderea auzului lor de la gama audibilă (Sub 20 kHz) la ultrasunete (dincolo de îndemâna urechilor umane)—și asta, la rândul său, a permis evoluția cântecelor mai complexe, mai înalte, pe care katydids le prezintă astăzi. Astăzi, doar o minoritate de katydids cântă în intervalul sonor, în timp ce aproximativ 70 la sută au melodii cu ultrasunete și câteva au melodii extraordinar de înalte. Deținătorul recordului, până acum, este supersonus aequoreus recent descoperit, care solicită un uimitor 150 kHz.

dar este această poveste corectă? Pentru a ajunge la răspuns, oamenii de știință trebuiau să știe ce auzeau katydids în trecutul îndepărtat și asta însemna să aruncăm o privire atentă asupra fosilelor katydid. Urechile fosilizate nu sunt ele însele foarte informative: sunt rare și structura lor greu de realizat. Dar există un alt mod de a ajunge la auz: din anatomia detaliată a aparatului de fișiere și raclete producătoare de sunet pe aripile katydid fosilizate. „Aceste structuri sunt mult mai mari și mai clare și le putem folosi pentru a recrea sunetul pe care l-au făcut foarte precis”, spune Montealegre—Z-și din asta, deduce ceea ce katydids trebuie să fi auzit.

explozie din trecut

În 2012, Montealegre-Z și colegul expert în bioacustică Daniel Robert de la Universitatea din Bristol au făcut titluri când au folosit această abordare pentru a reconstrui cântecul unui katydid din Jurassic times, un sunet nemaiauzit de 165 de milioane de ani. Ceea ce a făcut posibil acest lucru a fost descoperirea unei fosile chinezești katydid cu aripi aproape perfect conservate. Archaboilus musicus, așa cum a fost numită insecta dispărută, ar fi „cântat” cântece muzicale la frecvențe de aproximativ 6,4 kHz, sunând mai mult ca un greier decât un katydid modern. Asta se potrivește bine cu povestea că katydids a evoluat mai întâi auzul pentru a comunica.

cântec din trecutul îndepărtat: analizând aparatul de fișier și răzuitor pe aripile unui katydid fosilizat, oamenii de știință au reconstruit apelul unui katydid din vremurile jurasice-acum 165 de milioane de ani.

de atunci, totuși, echipa a studiat mai multe katydide fosile, iar ceea ce găsesc sugerează că teoria ar putea avea nevoie de o revizuire. Se pare că unele katydide antice foloseau ultrasunete cu mult înainte ca liliecii să existe, spune Montealegre-Z. Katydids aud, de asemenea, o gamă mult mai largă de frecvențe decât ar avea nevoie doar pentru a se auzi. În mintea lui, acest lucru sugerează că urechile lor au evoluat mai întâi nu pentru cântat, ci, la fel ca mantisele, pentru autoconservare. „Cred că urechile lor au evoluat pentru a auzi prădătorii”, îmi spune el. „Prădătorii fac o diversitate de sunete și astfel urechile trebuie să le poată alege.”dacă studii ca acestea ajută la dezvăluirea istoriei evolutive a auzului insectelor, ele promit, de asemenea, ceva mai mult: oportunitatea de a trage cu urechea la trecutul antic și de a obține noi perspective asupra comportamentului insectelor. De asemenea, m—au făcut nerăbdător pentru vara viitoare și șansa de a explora viața bogată a insectelor din dealurile de cretă care se rostogolesc ușor, cu ochi noi-și urechi, în special urechi.

în timpul verii, aerul peste Sussex Downs este viu, cu o simfonie de sunet de insecte ca lăcustele și katydids ciripit, buzz și faceți clic în căutarea lor pentru dragoste. Dacă Îmi încordez urechile până la limită, s-ar putea să pot alege zgomotul mașinii de cusut al unui mare katydid verde sau cântecul moale al unui conehead și, dacă sunt foarte norocos, poate chiar clicurile rapide ale mușcătorului de negi, cel mai rar katydid din Marea Britanie. Dar cât de mult îmi va lipsi? Aș da mult pentru a avea urechi care pot alege cântecele și sunetele pe care oamenii de știință le pun cap la cap, dar pe care insectele singure le pot auzi.

Acest articol a fost publicat inițial pe 27 noiembrie 2018 de Knowable Magazine, un efort jurnalistic independent din recenziile anuale și este retipărit cu permisiune. Înscrieți-vă la buletinul informativ.