Звуково отклоняване: механизъм за генериране на ултразвукови щраквания при нощни молци като защита срещу прилепи

Големи зъби, силни челюсти, скорост, невероятна визия и много други са характеристики, които хищници от всички породи и ивици използват в процеса на лов. Плячката от своя страна също не иска да седи със свити лапи (крила, копита, плавници и т.н.) и измисля все нови и нови начини за избягване на нежелан близък контакт с храносмилателната система на хищника. Някои стават майстори на камуфлажа, други се намазват с отрова, а трети хвърлят вътрешностите си в лицето на нарушителя (здравейте морски краставици). Но има и такива, чийто защитен механизъм не ни се вижда и дори не се чува. Молците са любима храна на прилепите. В продължение на много милиони години и двамата са усъвършенствали ултразвуковите си умения. Мишките го използват, за да намерят плячка, а молците го използват, за да открият хищници. Но „предупреденият е предварително въоръжен“ не е достатъчен за молците, така че те са развили способността да създават „радио смущения“, които нарушават ултразвуковото „зрение“ на прилепите. Как правят това, като се има предвид тяхната 100% глухота и колко ефективно им помага да избегнат смъртта? Отговорите ще търсим в доклада на изследователската група. Отивам.

Изследователска база

Когато ловувате през нощта, трябва да имате или много добро зрение, остро обоняние, или отличен слух. Прилепите избраха второто, в известен смисъл. Използването на ехолокация е много полезно за прилепите. Първо, ловът през нощта ограничава броя на потенциалните опасности и конкуренцията в търсенето на храна. Второ, има много насекоми през нощта, което означава, че шансовете за ядене след 18:00 са много по-големи.

Прилепите произвеждат ултразвук в различни честотни диапазони в зависимост от вида. Освен това дори при един вид честотата се променя с течение на времето: в началото 130-150 kHz, а след това 30-40 kHz.

Докато ловуват, прилепите "излъчват" ултразвукови вълни, които се "блъскат" в предмети около тях, включително възможна плячка. Отразените вълни се улавят от прилепа и той може да маневрира сред препятствията или прецизно да фокусира атаката си върху плячката си.

Когато еволюцията раздаде таланти, молците също не останаха настрана. Те са способни да произвеждат ултразвуков шум или фалшиви сигнали, които убеждават прилепа, че са негодни за консумация. Някои видове молци използват стридулацията. Този необичаен термин е много лесен за обяснение: помните ли как щурците „пеят“ през лятото? Това е стридулацията. Друг ярък или по-скоро звучен майстор на този талант са цикадите.

Алтернативен източник на звуци при молците може да са перкусионните „кастанети“ - модифицирани генитални структури (да, учените нарекоха гениталиите, които произвеждат звук, кастанети; мислихте ли, че хората на науката са лишени от креативност?).

Повечето видове молци обаче използват тимбали (да не се бъркат с цимбали) - специални кутикуларни образувания на повърхността на тялото с въздушна „възглавница“ отдолу.

В проучването, прегледано днес, учените обърнаха внимание на рода молци Yponomeuta, в който повечето видове (и има около сто от тях) имат необичайна формация в арсенала си - полупрозрачна област на крилата без люспи между Cu1b вените
и Cu2. Учените са открили, че редица хребети са в съседство с тази област, което може да означава, че тази област участва в производството на звук чрез стридулацията (евентуално).

В изображението вляво (A) зоната на полупрозрачното образувание е очертана в бяло, а в изображението вдясно (B) SEM изображения на същата област.

Учените са си поставили задачата да отговорят на редица въпроси: дали тази полупрозрачна зона издава звук или не, какви са нейните акустични свойства (ако има) и как тези звуци се използват от молеца в живота му.

Основните субекти, които трябваше да помогнат за намирането на отговори на горните въпроси, бяха индивиди от два вида молци - Y. evonymella и Y. cagnagella.

Намерете 10 разлики: Y. evonymella (вляво) и Y. cagnagella (вдясно).

Субектите са взети от дивата природа, докато са все още в стадия на ларвите. Получените какавиди се съхраняват в специални контейнери с размери 297 х 159 х 102 mm при температура 21 °C.

Резултати от наблюдение

Учените записват свободни и фиксирани полети на субектите: 15 свободни и 2 фиксирани полета на Y. evonymella; 9 регистрирани полета на Y. cagnagella. По време на полет нощните пеперуди произвеждат идентични ултразвукови щраквания по време на всеки удар на крилата (графиките по-долу).

Спектрограма на ултразвукови щракания по време на един удар на крилата на молец.

Спектрограмата по-горе показва многоцветни области. Първият (червен) е честотният диапазон на звуците, произвеждани от молци от подсемейство Arctiinae срещу прилепи. А вторият (син) е слуховият диапазон на прилепите от вида Eptesicus fuscus.

Общо два ултразвукови импулса бяха записани по време на люлеенето: единият в началото на люлеенето и вторият в края на люлеенето. По време на първия импулс честотата на щраканията беше по-голяма. Броят на кликванията на импулс, съдейки по наблюденията, съвпада с броя на ивиците в полупрозрачната област. При Y. evonymella средната стойност на щракванията за 1 ултразвуков импулс е 12.6 ± 1.7 и има 11 ивици в полупрозрачната зона (обърнете внимание на номерацията на SEM изображението на крилото).

След това учените премахнаха тимбалите (площ от 260 x 800 µm) от 12 индивида Y. evonymella и записаха звуци по време на полета им преди и след отстраняването. Броят на щракванията за период от 100 ms също беше отчетен, което е еквивалентно на приблизително 3 удара с крила.

Седем индивида не произведоха щраквания след отстраняване, осем произведоха само 1 щракване, а четири произведоха щраквания, но в по-малък брой и с по-ниска амплитуда. Както се оказа, в тези четири тимбалните области (полупрозрачни области) не бяха напълно отстранени, така че бяха изключени от по-нататъшен анализ.

Експериментално учените потвърдиха, че молците и от двата тестови вида издават звуци. Сега решиха да ги тестват за слух (20 индивида от вида Y. evonymella и 4 индивида от Y. cagnagella).

Учените пуснаха ултразвук, докато субектите летяха свободно в тестовата стая. Нито един човек не реагира на това. Експериментът се повтаря, но индивидите се разделят по видове в отделни контейнери, където са в покой. И отново никой дори не помръдна.

В същото време, като поставиха 10 индивида Y. evonymella в една летателна камера, учените видяха реакцията на субектите един към друг. И беше същото като в предишните тестове, тоест нямаше.

Какво ще кажете за стридулацията? Учените провериха дали тестовите молци показват признаци на триене на части от тялото, за да издават звуци. И както се оказа, такива няма. Забележете движението на крилете на молеца по време на контролиран полет във видеото по-долу.

В това видео можем да видим какви промени настъпват в позицията на крилата и техните части по време на махането.

С полупрозрачната зона, която се изследва, не се наблюдава триене върху други части от тялото на молеца в нито един момент по време на люлеенето. Но щраканията някак се появяват. И това се случва чрез завъртане на задното крило по оста му от основата до върха по време на горната и долната фаза на махането на крилото.

Подробно изследване на този процес показа, че по време на супинация (въртеливо движение на крайника) в началото на клапата, аналната и югалната част на крилото се сгъват надолу спрямо предната му част по протежение на браздата на ключицата.

Полет на молец, страничен изглед.

Този процес протича от върха до основата на крилото, така че полупрозрачната област също е включена. По време на това се появяват ултразвукови щраквания.

Таблицата по-горе показва резултатите от анализа на десет щраквания, записани в напречна посока (90°) за всички субекти (14 Y. evonymella и 9 Y. cagnagella). Установени са спектрални параметри, продължителност и амплитуда на кликванията.

Освен това беше извършен анализ на щраквания (5 за всеки от 8 индивида) с хоризонтална ориентация (0 °, 45 °, 90 ° и 180 °).

Средно ниво на звука на осем субекта Y. evonymella, записано от четири посоки: 0° - микрофон пред молеца, 45° - предна страна, 90° - страна, 180° - гръб.

Няма значими разлики: 0° и 45°, Z = 0,3, p = 1,0; 0° и 180°, Z = -2,3, р = 0,13; 45° и 180°, Z = -2,4, р = 0,11.

Учените също така изчислиха на какво разстояние прилепите ще чуят щракането на нощни пеперуди в зависимост от позицията си. Резултатите са както следва: 6.0 ± 0.4 m при 0°, 6.5 ± 0.4 m при 45°, 7.9 ± 0.7 m при 90° и 5.6 ± 0.4 m при 180°. Тези индикатори са показани в диаграмата по-горе (В).

И тук на графиката А виждаме амплитудата на отразения звук, която варира в диапазона от −35 ... −43 dB при честоти в диапазона от 20 ... 160 kHz.

Тук можете да чуете аудиозапис на звуците на молеца.

За по-подробен поглед върху проучването, силно препоръчвам да разгледате съобщават учените.

Епилог

Еволюцията може да бъде безпринципна, безпощадна, странна и дори иронична, както показва примерът с изследваните молци. Въпреки че са напълно глухи, тези същества не са лишени от „глас“. Използвайки полупрозрачни области на крилата си по време на пляскане, молците произвеждат ултразвукови щракания, които объркват прилепите, нетърпеливи да пируват с тях.

Такава необичайна адаптация е факт, но ще породи още много дебати за това как се е формирала, през какви еволюционни промени са преминали молците, за да развият такъв механизъм, и къде е започнало всичко.

За пореден път получихме потвърждение, че светът е пълен с невероятни създания, които не спират да учудват с талантите си, за които не сме имали представа.

И, разбира се, офтопик петъци:

Тук на всички, които страдат от мотефобия (страх от молци) сигурно им спира сърцето от ужас.

Благодаря за четенето, останете любопитни и желая страхотен уикенд, момчета.

Благодарим ви, че останахте с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да видите още интересно съдържание? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на приятели, 30% отстъпка за потребителите на Habr за уникален аналог на сървъри от начално ниво, който беше измислен от нас за вас: Цялата истина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ядра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как да споделите сървър? (предлага се с RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ядра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps безплатно до пролетта при плащане за период от шест месеца можете да поръчате тук.

Dell R730xd 2 пъти по-евтин? Само тук 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV от $249 в Холандия и САЩ! Прочети за Как да изградим инфраструктура Corp. клас с използване на сървъри Dell R730xd E5-2650 v4 на стойност 9000 евро за стотинка?

Източник: www.habr.com