Песнопения сверчков на высоких частотах: эволюция звука
Команда ученых, изучающая механизм генерации звука у сверчков подсемейства Lebinthini, обнаружила, что пение на высоких частотах (свыше 15 кГц) является результатом адаптации как резонанса крыльев, так и стридуляции (трения друг о друга пар специализированных крыльев), пишет портал www.sciencedaily.com
Звук, издаваемый сверчками, производится при помощи стридуляционного органа, большой жилки вдоль нижней части крыла, покрытой зубцами, которые трутся о «медиатор» на другом крыле. Сверчок открывает и закрывает крылья, но стрекотание (стридуляция) возникает только во время фазы закрывания. Чтобы производить чистый тональный зов (музыкальную песню), зубчики «напильника» должны быть организованы определенным образом. В процессе сверчок также держит крылышки поднятыми и открытыми, чтобы их мембраны могли действовать в качестве акустических парусов. Мы уже писали о связи характера сверчков, а также продолжительности их жизни с песнями (брачным стрекотанием).
Это исследование показало, что небольшая группа сверчков (Lebinthini) стала использовать высокие частоты, намного выше обычно наблюдаемых у сверчков. Их предки появились около 200 миллионов лет назад и с тех пор использовали сигналы низких частот. Следовательно, большая часть современных сверчков общается на низких частотах (2-8 кГц) – человеческое ухо в состоянии регистрировать звуки между 20 и 20 000 кГц.
Сверчки Lebinthini являются более молодой группой (им 30-40 миллионов лет), использующей частоты выше нормальной амплитуды пения сверчков (>10 кГц). Их отличает развитие стридуляторных пилочек с большой плотностью зубчиков. Стридуляторная пилочка – это первый шаг на пути к усилению звука, и соответственно – первая структура звукового аппарата, изменившаяся в процессе эволюции для достижения высоких частот. «Низкочастотные» сверчки обычно обладают пилочками с меньшей густотой зубцов.
Исследовательская команда измерила мелкомасштабные движения предкрылков в процессе стридуляции и механические характеристики крыльев, используя высокоскоростную видеосьемку, чувствительную диодную и лазерную виброметрию. Выяснилось, что детальная систематизация резонанса крыльев обеспечивает богатую гармонику композиций песенного зова. Это подтвердило тот факт, что сверчки Lebinthini эволюционировали путем использования высокочастотных резонансов, уже наличествующих в крыльях, но не используемых их предками.
Эволюция, видимо, благоволит к использованию высокочастотных режимов вибрации, говорят ученые. Какую роль ни играли бы гармоники для полевых сверчков, они стали доминантной частотой для Lebinthini. Гармоники получили увеличение мощности и новую роль, отличающуюся от древней, в процессе эволюции акустических коммуникаций этого вида сверчков. Данные результаты дают объяснение того, как такие эволюционные модели могут быть реализованы механически.
Изучение механизмов звукоизвлечения обеспечивает лучшее понимание коммуникаций между животными, их роли в истории жизни и их эволюционных путей развития. В этом случае структура и прочностные характеристики крыла, позволяющие активный полет, создают морфологическое ограничение, которое сдерживает, но при этом направляет потенциальную эволюцию звуковой коммуникации сверчков.