i ett litet fönsterlöst rum på en svällande sommardag befinner jag mig ansikte mot ansikte med en entomologisk rockstjärna. Jag är vid University of Lincoln i östra England, inuti en insektär, ett rum fodrat med tankar och burkar som innehåller plastväxter och dozing insekter. Innan jag vet det, introduceras jag till en livlig grön katydid från Colombia.

”Möt Copiphora gorgonensis”, säger Fernando Montealegre-Z, upptäckare av denna sexbenta kändis. Namnet är bekant: det har stänkts över hela världen tillsammans med bilder av insektens gyllene ansikte och miniatyr Enhörningens horn. Ryktet om denna katydid vilar inte på sitt utseende, fastän, men på sin hörsel. Montealegre-Zs noggranna studier av den magnifika insekten avslöjade att den har öron uncannily som vår, med entomologiska versioner av trumhinnor, ossiklar och cochleas för att hjälpa den att plocka upp och analysera ljud.

Katydids-det finns tusentals arter—har de minsta öronen på något djur, en på varje framben strax under ”knäet.”Men deras lilla storlek och till synes konstiga läge motsäger den sofistikerade strukturen och imponerande kapaciteten hos dessa organ: att upptäcka ultraljudsklick av jaktfladdermöss, plocka ut signaturlåtarna från potentiella kompisar och hemma på middag. En australisk katydid har utnyttjat sin hörselförmåga för att fånga byten på ett mycket slingrande sätt: det lockar manliga cikader inom slående avstånd genom att efterlikna den kvinnliga delen av cicada—parningsduetten-ett trick som kräver att den känner igen komplexa ljudmönster och exakt när den ska chipas in.

fantastiskt? Helt. Oväntat? Det också. Jag hade aldrig tänkt mycket på insektöron förrän nu. Insektögon och antenner sticker ut, men öron? Även de örnögda kan förlåtas för att undra om insekter har dem. Men självklart, vissa måste höra: sommarluften är fylld med drillar, kvittrar och klick älskvärda syrsor och gräshoppor, cikader och katydids, alla försöker locka en partner.

nyfikenhet piqued, jag kallar neurobiolog Martin G. Fantastiskt men katydid öron är, han berättar, de är bara en av många med häpnadsväckande kapacitet: Evolutionen har gjort så många försök att forma öron, resultatet är en enorm mångfald av strukturer och mekanismer. De flesta är svåra att upptäcka, om inte osynliga, och i många fall producerar insekter och känner ljud så långt bortom vårt eget sortiment att vi helt förbisett deras förmågor. Men med tillkomsten av nya verktyg och tekniker kommer allt fler exempel fram.sensoriska biologer, akustikexperter och genetiker arbetar tillsammans för att fastställa hur de alla fungerar, hur och när de utvecklats och varför. Och tack vare en del av denna nyfunna kunskap och ett sortiment av fossila insekter finns det till och med den tantaliserande utsikten att kunna avlyssna det gamla förflutna och lägga till en ny dimension till vår förståelse av livet och tiderna hos några länge försvunna djur.

När insekter först dök upp för cirka 400 miljoner år sedan var de döva, berättar g Ubispfert för mig. Dessa förfäders insekter fortsatte att diversifiera till mer än 900 000 arter, och medan de flesta förblir lika döva som sina förfäder, fick vissa medel att höra. Av de 30 stora insektsorderna inkluderar nio (vid sista räkningen) några som hör, och hörsel har utvecklats mer än en gång i vissa order—minst sex gånger bland fjärilar och Malar. De 350 000 arterna i den mest bländande olika gruppen, skalbaggarna, är nästan alla döva, men de få som har öron förvärvade dem genom två separata utvecklingslinjer. Allt sagt, insektöron uppstod mer än 20 separata tider, ett bergsäkert recept för variation.

öra, där och överallt

plats är den mest uppenbara skillnaden mellan en insekts öron och en annan: Det finns öron på antenner (myggor och fruktflugor), framben (syrsor och katydider), vingar (lacewings), buk (cikader, gräshoppor och johannesbröd) och på vad som passerar för en ”nacke” (parasitiska flugor). Bland moths och fjärilar växer öronen praktiskt taget var som helst, även på munstycken. Blåsans gräshoppa har ett överflöd av öron med sex par längs sidorna av buken. Bönsyrsor har ett enda” cyklopeiskt ” öra mitt i bröstet.

detta anywhere-Go-tillvägagångssätt kan verka lite konstigt men det finns en enkel förklaring: i varje fall där ett insektörat utvecklades var utgångspunkten ett befintligt sensoriskt organ: en sträckdetektor som övervakar små vibrationer när närliggande kroppssegment rör sig. Dessa detektorer förekommer i hela insektskroppen men evolutionen modifierade vanligtvis bara ett enda par—tydligen nästan vilket par som helst—för att uppfatta de luftburna vibrationerna som genereras av ljud.

därifrån gick varje nytt försök att smida öron ännu längre i sin egen riktning, eftersom andra strukturer samordnades och omkonfigurerades för att fånga, förstärka och filtrera ljud, extrahera relevant information och förmedla den till nervsystemet. I myggor och fruktflugor orsakar ljud fina antennhår att quiver. De flesta andra hörselinsekter har ”trumhinnor”: tunna, membranösa fläckar av exoskelett som vibrerar när ljudvågor träffar. Vissa trumhinnor stöds av luftfyllda akustiska kamrar, andra av vätskefyllda. Antalet och arrangemanget av sensoriska celler som upptäcker och avkodar dessa vibrationer—och neuronerna som skickar signalerna till hjärnan—varierar också från öra till öra. Så medan vissa mal öron fungerar med bara en eller två neuroner (vilket gör moths de snabbaste respondenterna), har en manlig myggans öra cirka 15 000 (vilket gör det utsökt känsligt).

vissa öron är relativt enkla; andra har extra klockor och visselpipor kopplade till deras livsstil. Ta den parasitiska flugan Ormia ochracea, som sätter in sina larver på en viss art av cricket efter att ha identifierat och lokaliserat den från dess karakteristiska samtal. Flugans öron sitter sida vid sida på sin ”nacke” och är teoretiskt för nära varandra för att fastställa sitt mål. Ändå tar de priset för exakt plats, tack vare ett elastiskt band som förbinder trumhinnorna så att de rockar upp och ner som en gungbräda, vilket säkerställer att ljudet träffar ett öra fraktionellt senare än det andra.

Katydid öron, som så snyggt demonstreras av Montealegre-Z och hans kollegor, är unika både i sin komplexitet och deras likhet med ett däggdjur. med hjälp av en mikro-CT-skanner rekonstruerade forskarna insektens hela hörselsystem och upptäckte två tidigare okända organ i processen. Den första är en liten, hård platta bakom trumhinnorna; den andra, ett vätskefylldt rör innehållande en linje av sensoriska celler. Genom noggrann undersökning som inkluderade lysande lasrar vid trumhinnan och inspelning av ljuset studsar tillbaka, visade laget att den lilla plattan överför vibrationer i insektens trumhinna till vätskan i röret—samma roll som benen i vårt mellanörat. Signalen färdas sedan i en våg längs röret och över sensoriska celler inställda på olika frekvenser—vilket gör detta organ till en miniatyr, olindad version av vår egen snigelformade cochlea. teamet har nu gått vidare för att visa varför kvinnliga katydider är så bra på att hitta en kompis i mörkret, även om deras öron är nära varandra (inte så nära som de av parasitisk Ormia, men nära nog för att göra precisionsljud en stor utmaning). Våra egna öron ligger på vardera sidan av våra (stora) huvuden och är tillräckligt långt ifrån varandra för att ett ljud ska nå dem vid olika tider och ljudstyrka för hjärnan att beräkna och lokalisera källan.

Katydids löste problemet (igen, på ett unikt sätt) genom att förstora ett andningsrör som löper från en pore i sidan av bröstet till knäet; ljudet når trumhinnorna både från utsidan av kroppen och från insidan via röret. Montealegre-Z och hans kollegor visade att ljudet färdas denna inre, tillbaka vägen långsammare – så varje ljud träffar trumhinnan två gånger, men vid något olika tidpunkter, dramatiskt förbättra insektens förmåga att lokalisera källan.

Katydids anmärkningsvärda öron har ännu inte gett upp alla sina hemligheter, och Montealegre-Zs team försöker nu fastställa hur receptorerna i insektsversionen av cochlea plockar ut olika frekvenser. Stjärnan i denna studie är Phlugis poecila, en ”kristall” katydid uppkallad efter sin transparenta yttre nagelband, en funktion som gör att laget kan spela in och mäta processer när de händer. ”Vi kommer att kunna titta på hörsel på jobbet och se processer som aldrig sett tidigare”, säger Montealegre-Z.

om hur insekter hör varierar enormt, gör det också vad de hör. Myggöron är bra för kanske en meter; den många öronblåsa gräshoppan kan höra från en kilometer eller mer bort. Cricket öron upptäcker låga frekvenser; mantis och moth öron är inställda på ultraljud, långt bortom allt som människor (eller deras hundar) kan höra. Ytterligare andra, som en Katydids, har bredbandshörning. ”Insekter hör bara vad de behöver höra”, säger g Avsugningfert. ”Och evolutionen gav vad som var nödvändigt.”

men vad drev evolutionen för att förvandla stretchreceptorer till öron i första hand, och så ge ljud till insektsvärlden? Det är en fråga fortfarande på många entomologer sinnen. En rimlig guide är hur insekter använder sina öron idag, men det är bara en guide, eftersom ett öra som ursprungligen förvärvades för ett syfte lätt kunde ha blivit adjungerat över eonerna för att tjäna en annan. En sak är säker: när biologer undersöker fler insektsgrupper mer detaljerat kan vissa långvariga begrepp bita i dammet.

ett öra för fara

i moderna insekter är en av öronens primära funktioner att höra ett rovdjurs tillvägagångssätt i tid för att vidta åtgärder och undvika det. För nattflygande insekter kommer det största hotet från insektslevande fladdermöss som upptäcker och spårar byte med ultraljudssolod, och så är deras hörsel inställd på frekvenserna hos fladdermössens ekolokerande klick. Insekterna svarar sedan med karakteristiska drag för att undkomma sonarstrålen: skarpa svängar, öglor-öglorna, luft-till-jord-kraftdyk. Vissa tigermoths sylt även bat sonar med egna klick. Experiment har visat att fladdermöss upptäcka öron dramatiskt förbättra en insekts utsikter att överleva attack: i en studie, mantises undgått 76 procent av fladdermöss attacker, men att antalet sjönk till 34 procent när de var döva.

om predation är en kraftfull drivkraft för evolutionen, så är det också sex. Och ljud är ett effektivt sätt för en insekt att identifiera sig till blivande kompisar: Ljud färdas bra, fungerar i mörkret och ger möjlighet att utveckla signaturlåtar och privat kommunikation som ingen annan kan höra.

så, framgångsrikt sex eller överlevnad? Som ligger bakom vems öron?

i vissa fall är forskare ganska säkra. Cikader verkar ha utvecklat hörsel för parningsändamål: endast sjungande arter har öron och de är bara känsliga för sina egna låga låtar. För moths var fladdermöss utlösaren. Lepidoptera har funnits cirka 150 miljoner år, men inga malar hade öron innan ekolokerande fladdermöss anlände till platsen för cirka 60 miljoner år sedan. Och många av de eared malarna är känsliga endast för de frekvenser som används av deras lokala fladdermöss—starka bevis för att öronen utvecklades som fladdermusdetektorer.

vad ska man dock göra av mantis, ägare till det cyklopeiska örat? Idag verkar mantisar använda sina öron uteslutande som fladdermusdetektorer. Men entomologer har nu stora mängder data om den varierade anatomin hos mantisöron och ett exakt DNA-baserat mantisfamiljträd, från vilket de spårade det ursprungliga mantisörat. Den tillhörde en art som levde för 120 miljoner år sedan, snarare tidigare än de sonarstyrda fladdermössen. Det finns växande bevis för att andra rovdjur än fladdermöss kan ha sporrat utvecklingen av öronen och några andra insekter—kanske reptiler, fåglar eller tidiga däggdjur. Djur som rör sig genom underväxten, patterar över stenar eller landar på en lövig gren är sällan tysta. De ljud de gör inkluderar hörbara och ultraljudselement.

flygande fåglar, som har funnits i 150 miljoner år, ses alltmer som utmanare. I banbrytande forskning, kanadensiska biologer inspelade ljud som genereras av de slående vingar chickadees och östra phoebes när de flyttade in på insekt byte, och fann att vingen beats ingår ett brett spektrum av frekvenser som insekter kan upptäcka, från lågfrekventa ljud hörbara till cikader, fjärilar och gräshoppor, till ultraljud ljud plockas ut av nattfjärilar och mantisar.

och vad av katydiderna, innehavare av de äldsta öronen av alla? Moderna katydider använder sina öron Både i kommunikation och som fladdermusdetektorer. Men Katydids ljudproducerande apparat kan spåras tillbaka genom fossilregistret till en tidig typ av förfader som levde för 250 miljoner år sedan, långt innan fladdermöss gjorde det. Så den rådande teorin hittills har varit att utvecklingen av katydid öron tog några varv. Öronens ursprungliga funktion var att göra det möjligt för katydids att höra varandra, och senare, tänkandet går, dessa öron var adjungerade för att fungera som fladdermusdetektorer. Detta ledde till utvidgningen av deras hörsel från det hörbara området (under 20 kHz) till ultraljudet (utom räckhåll för mänskliga öron)—och som i sin tur möjliggjorde utvecklingen av de mer komplexa, högre tonade låtarna som katydids uppvisar idag. I dag, bara en minoritet av katydids sjunger i det hörbara området, medan cirka 70 procent har ultraljudssånger och några har utomordentligt höga låtar. Rekordhållaren är hittills den nyligen upptäckta Supersonus aequoreus, som kräver en häpnadsväckande 150 kHz.

men är den historien rätt? För att få svaret behövde forskare veta vad katydids hörde i det avlägsna förflutna, och det innebar att man tittade närmare på katydid-fossiler. De fossila öronen är inte själva mycket informativa: de är sällsynta och deras struktur är svår att ta fram. Men det finns ett annat sätt att höra: från den detaljerade anatomin hos den ljudproducerande fil-och skrapapparaten på fossiliserade katydid-vingar. ”Dessa strukturer är mycket större och tydligare, och vi kan använda dem för att återskapa ljudet de gjorde mycket exakt”, säger Montealegre-Z—och utifrån det, sluta vad katydids måste ha hört.

Blast from the past

under 2012 gjorde Montealegre-Z och andra bioakustiska experter Daniel Robert vid University of Bristol rubriker när de använde detta tillvägagångssätt för att rekonstruera låten av en katydid från Jurassic times, ett ljud som inte hördes i 165 miljoner år. Det som gjorde det möjligt var upptäckten av en kinesisk fossil katydid med nästan perfekt bevarade vingar. Archaboilus musicus, som den utdöda insekten har fått namnet, skulle ha ”sjungit” musikaliska sånger vid frekvenser runt 6,4 kHz, vilket låter mer som en cricket än en modern katydid. Det passar bra med historien att katydids först utvecklade hörseln för att kommunicera.

sång från det avlägsna förflutna: genom att analysera fil-och skrapapparaten på en fossiliserad Katydids vingar rekonstruerade forskare samtalet från en katydid från Jurassic times-165 miljoner år sedan.sedan dess har teamet studerat mer fossila katydider, och vad de finner tyder på att teorin kan behöva en översyn. Det verkar som om några gamla katydider använde ultraljud långt innan fladdermöss fanns, säger Montealegre-Z. Katydids hör också ett mycket större frekvensområde än vad de skulle behöva bara för att höra sig själva. Enligt hans sinne antyder detta att deras öron först utvecklades inte för att sjunga utan, ungefär som mantisar, för självbevarande. ”Jag tror att deras öron utvecklades för att höra rovdjur”, säger han till mig. ”Rovdjur gör en mångfald av ljud och så öronen måste kunna plocka ut dem.”

om studier som dessa hjälper till att riva upp den evolutionära historien om insektshörning, lovar de också något mer: möjligheten att avlyssna det gamla förflutna och få nya insikter om insektsbeteende. De har också gjort mig otålig för nästa sommar och chansen att utforska det rika insektslivet i de försiktigt rullande kritkullarna häromkring med nya ögon—och öron, särskilt öron.på sommaren lever luften över Sussex Downs med en Symfoni av insektsljud som gräshoppor och katydider kvittrar, surrar och klickar i deras strävan efter kärlek. Om jag spänner mina öron till gränsen, kanske jag kan välja ut symaskinens rattle av en stor grön katydid eller den mjuka hissande sången av en conehead, och om jag är väldigt lycklig, kanske till och med de snabba brandklickarna på wart-biter, Storbritanniens sällsynta katydid. Men hur mycket mer kommer jag att sakna? Jag skulle ge mycket att ha öron som kan välja ut låtarna och ljuden som forskare sätter ihop, men att insekter ensam kan höra.

denna artikel publicerades ursprungligen den 27 November 2018 av Knowable Magazine, en oberoende journalistisk strävan från årliga recensioner, och återges med tillstånd. Anmäl dig till nyhetsbrevet.