Хабрахабр

Звуковая диверсия: механизм генерации ультразвуковых щелчков у ночных мотыльков как защита от летучих мышей

Добыча в свою очередь также не желает сидеть сложа лапки (крылья, копыта, ласты и т.д.) и придумывает все новые и новые способы избежать нежелательного близкого контакта с пищеварительной системой хищника. Большие клыки, сильные челюсти, скорость, невероятное зрение и еще многое другое это особенности, которыми пользуются хищники всех пород и мастей в процессе охоты. Но есть и те, чей защитный механизм не виден и даже не слышен для нас. Кто-то становится мастером камуфляжа, кто-то обмазывается ядом, а кто-то швыряет в лицо обидчику свои внутренности (привет морским огурцам). Много миллионов лет и те и другие шлифовали свои навыки владения ультразвуком. Мотыльки — излюбленное блюдо летучих мышей. Но «предупрежден значит вооружен» не достаточно для мотыльков, потому они выработали способность создавать «радиопомехи», нарушающие ультразвуковое «зрение» летучих мышей. Мыши используют его для поиска жертв, а мотыльки — для обнаружения хищника. Будем искать ответы в докладе исследовательской группы. Как они это делают, учитывая их 100% глухоту, и насколько это эффективно помогает им избежать гибели? Поехали.

Основа исследования

Когда охотишься ночью, нужно иметь либо очень хорошее зрение, либо острый нюх, либо отличный слух. Летучие мыши выбрали последнее, в каком-то смысле. Использование эхолокации очень выгодно для летучих мышей. Во-первых, охота в ночное время суток ограничивает число потенциальных опасностей и конкуренции в поисках пищи. Во-вторых, ночью очень много насекомых, то есть шансы покушать после 18:00 значительно выше.

При этом даже у одного вида частота меняется с течением времени: в начале 130-150 кГц, а потом 30-40 кГц. Летучие мыши производят ультразвук разного частотного диапазона в зависимости от вида.

Отраженные же волны улавливаются летучей мышью и она может маневрировать среди препятствий или же точно сфокусировать атаку на добыче. Во время охоты летучие мыши «испускают» ультразвуковые волны, которые «врезаются» в окружающие ее объекты, в том числе и возможную добычу.

Они способны вырабатывать ультразвуковые помехи или же ложные сигналы, убеждающие летучую мышь в их несъедобности. Когда эволюция раздавала таланты, мотыльки тоже не стояли в стороне. Этот необычный термин пояснить очень просто: помните как сверчки летом «поют»? Некоторые виды мотыльков используют стридуляцию. Другим же ярким, точнее звонким мастером этого таланта, являются цикады. Вот это и есть стридуляция.

Альтернативным источником звуков у мотыльков могут быть ударные «кастаньеты» — модифицированные генитальные структуры (да, ученые назвали гениталии, вырабатывающие звук, кастаньетами; а вы думали люди науки лишены креативности?).

Однако большинство видов мотыльков используют тимбалы (не путать с цимбалами) — специальные кутикульные образования на поверхности тела с воздушной «подушкой» под низом.

Ученые обнаружили, что к этому участку прилегает ряд гребней, что может говорить о причастности данной области к звукообразованию посредством стридуляции (возможно). В рассматриваемом сегодня исследовании ученые уделили внимание роду мотыльков Yponomeuta, в котором большинство видов (а их около сотни) имеют в своем арсенале необычное образование — полупрозрачный участок на крыльях без чешуек между венами Cu1b
и Cu2.


На изображении слева (А) белым обведена область полупрозрачного образования, а на изображении справа (В) РЭМ снимки этой же области.

Ученые поставили перед собой задачу ответить на ряд вопросов: данный полупрозрачный участок производит звук или нет, каковы его акустические свойства (если производит все таки) и как эти звуки применяются мотыльком в его жизни.

evonymella и Y. Главными же испытуемыми, которые должны были помочь найти ответы на вышепоставленные вопросы, стали особи двух видов мотыльков — Y. cagnagella.

evonymella (слева) и Y.
Найдите 10 отличий: Y. cagnagella (справа).

Образовавшиеся куколки содержались в специальных контейнерах 297 х 159 х 102 мм при температуре 21 °C. Испытуемые были взяты из дикой природы еще на стадии личинок.

Результаты наблюдений

Ученые сделали запись свободных и фиксированных полетов испытуемых: 15 свободных и 2 фиксированных полета Y. evonymella; 9 фиксированных полетов Y. cagnagella. Во время полетов мотыльки производили одинаковые ультразвуковые щелчки во время каждого взмаха крыльев (графики ниже).


Спектрограмма ультразвуковых щелчков во время одного взмаха крыльями мотылька.

Первые (красные) это частотный диапазон звуков, продуцируемых мотыльками подсемейства Arctiinae против летучих мышей. На спектрограмме выше видны разноцветные участки. А вторые (синие) это слуховой диапазон летучих мышей вида Eptesicus fuscus.

Именно во время первого импульса частота щелчков была больше. Всего ультразвуковых импульсов во время взмаха было зафиксировано два: один в начале взмаха и второй в конце взмаха. У Y. Число щелчков на один импульс, если судить по наблюдениям, совпадает с числом полос на полупрозрачном участке. 6 ± 1. evonymella среднее значение щелчков на 1 ультразвуковой импульс равно 12. 7, а полос на полупрозрачном участке у них 11 (обратите внимание на нумерацию на РЭМ снимке крыла).

evonymella и записали звуки во время их полета до и после удаления. Далее ученые удалили тимбалы (область 260 х 800 мкм) у 12 особей Y. Также было подсчитано число щелчков за период в 100 мс, что является эквивалентом примерно 3 взмахов крыла.

Как выяснилось у этой четверки области тимбалов (полупрозрачные участки) были удалены не полностью, посему их исключили из дальнейшего анализа. Семь особей после удаления не производили щелчков, восемь — лишь 1 щелчок, а четверо производили щелчки, но в меньшем количестве и с более низкой амплитудой.

Теперь их решили проверить на слух (20 особей вида Y. Опытным путем ученые подтвердили, что мотыльки обоих испытуемых видов производят звуки. cagnagella). evonymella и 4 особи Y.

Ни одна особь не отреагировала на это. Ученые воспроизводили ультразвук, пока испытуемые свободно летали в тестовом помещении. И опять же никто даже не шелохнулся. Эксперимент повторили, но разделив особей по видам в отдельные контейнеры, где они находились в состоянии покоя.

evonymella в одну камеру для полетов, ученые увидели реакцию испытуемых друг на друга. При этом, поместив 10 особей Y. И она была такой же, как и в предыдущих тестах, то есть никакой.

Ученые проверили есть ли признаки трения каких-либо частей тела для производства звуков у испытуемых мотыльков. А что же со стридуляцией? Обратите внимание на движения крыльев мотылька во время контролируемого полета на видео ниже. И как оказалось, таковых нет.

На данном видео мы можем видеть какие происходят изменения в положении крыльев и их частей во время взмаха.

Но щелчки же как-то появляются. С исследуемым полупрозрачным участком не было замечено трения других участков тела мотылька в любой из моментов взмаха. И происходит это посредством вращения заднего крыла вдоль своей оси от основания до кончика во время верхней и нижней фаз взмаха крыльями.

Детальное рассмотрение этого процесса показало, что во время супинации (вращательное движение конечностью) в начале взмаха анальный и югальный отделы крыла складываются вниз относительно его передней части вдоль клавальной борозды.

Полет мотылька, вид сбоку.

Во время этого и возникают ультразвуковые щелчки. Этот процесс протекает от вершины до основания крыла, таким образом полупрозрачная область также задействуется.

evonymella и 9 Y. В таблице выше показаны результаты анализа десяти щелчков, зафиксированных в поперечном направлении (90°) у всех испытуемых (14 Y. Были установлены спектральные параметры, продолжительность и амплитуда щелчков. cagnagella).

Помимо этого был проведен анализ и щелчков (по 5 на каждого из 8 особей) горизонтальной направленности (0 °, 45 °, 90 ° и 180 °).

evonymella, зафиксированных с четырех направлений: 0 ° — микрофон спереди от мотылька, 45 ° — спереди сбоку, 90 ° — сбоку, 180 ° — сзади.
Среднее значение уровня звуков восьми испытуемых Y.

Особых отличий не было выявлено: 0° и 45°, Z = 0,3, p = 1,0; 0° и 180°, Z = -2,3, p = 0,13; 45° и 180°, Z = -2,4, р = 0,11.

Результаты следующие: 6. Также ученые рассчитали на каком расстоянии летучие мыши будут слышать щелчки мотыльков в зависимости от положения. 4 м при 0°, 6. 0 ± 0. 4 м при 45°, 7. 5 ± 0. 7 м при 90° и 5. 9 ± 0. 4 м при 180°. 6 ± 0. Эти показатели отображены в виде диаграммы выше (В).

А вот на графике А мы видим амплитуду отраженного звука, которая варьируется в диапазоне −35 … −43 дБ при частотах в диапазоне 20…160 кГц.

Тут можно послушать аудиозапись звуков мотылька.

Для более детального ознакомления с исследованием настоятельно рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Эволюция может быть беспринципной, беспощадной, странной и даже ироничной, как показывает пример исследуемых мотыльков. Будучи абсолютно лишенными слуха, эти создания не лишены «голоса». Используя полупрозрачные участки на крыльях во время взмахов, мотыльки выдают ультразвуковые щелчки, которые сбивают с толку жаждущих ими полакомиться летучих мышей.

Такое необычное приспособление это факт, но он породит еще немало дебатов на тему того, как оно образовалось, какие эволюционные изменения прошли мотыльки для развития подобного механизма, и с чего все начиналось.

Мы лишний раз получили подтверждение, что мир полон удивительных созданий, которые не перестают удивлять своими талантами, о которых мы и не догадывались.

И, конечно же, пятницы оффтоп:

Тут у всех, кто страдает моттефобией (боится мотыльков), наверное сердце остановилось от ужаса.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята.

Вам нравятся наши статьи? Спасибо, что остаётесь с нами. Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? Хотите видеть больше интересных материалов? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до весны бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки? Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть