Интернет: новые возможности и перспективы – людям!

Всероссийский Фестиваль интернет-проектов

«Новая Реальность»
 
 
 
 
 
 
 

График проведения Фестиваля

25 ноября 2008
Москва
Церемония вручения Премии Рунета 2008
23 декабря 2008
Москва
Итоги 2008 года
1-4 апреля 2009
Москва
Российский интернет-форум

Песенку ископаемого кузнечика можно восстановить по отпечаткам крыльев

В Китае обнаружены останки кузнечика, жившего 165 миллионов лет назад. Примечательно, что у этого кузнечика прекрасно сохранился звуковой аппарат, расположенный на надкрыльях. Палеонтологи совместно с акустиками высказали предположение, что такой звуковой аппарат позволял кузнечику издавать тональные сигналы с частотой 6,4 кГц. Таким образом, тональные сигналы появились в процессе эволюции гораздо раньше, чем это до сих пор предполагалось. Авторы считают, что сигналы нового вида кузнечика были хорошо приспособлены для коммуникации среди папоротников и хвойных в лесах Юрского периода.

Звуки, которые можно услышать в ночном тропическом лесу, — это в первую очередь песни кузнечиков. Эти насекомые издают акустические сигналы посредством трения зазубренной жилки одного надкрылья (то есть переднего крыла) о жилку другого надкрылья. Такой механизм пения получил название «стридуляция». В процессе эволюции надкрылья разных видов длинноусых прямокрылых, к которым относятся кузнечики и сверчки, преобразовывались таким образом, чтобы эффективнее излучать звуки. Во время стридуляции основным источником колебаний служит часть надкрылья, которая представляет собой жесткую рамку, образованную жилками. Если частота ударов жилки по зубчикам соответствует собственной частоте колебаний рамки и прилегающих к ней участков надкрылий, то эта «резонансная система» излучает более или менее чистые тональные сигналы. Если же такое соответствие не соблюдается, то каждый удар зубчика вызывает свободные колебания системы. Обычно они частично или полностью затухают к началу следующего удара, поэтому звук распадается на более или менее отчетливые щелчки («нерезонансная система»). В первом случае частотные спектры звука узкополосные (не более 10 кГц), во втором — широкополосные (рис. 2).
 

Рис. 2. Осциллограммы акустических сигналов при двух разных развертках и частотные спектры Cyphoderris monstrosa (A–C) и Panacanthus gibbosus (D–F). Узкополосный спектр слева иллюстрирует пример резонансной системы, широкополосный спектр справа — пример нерезонансной системы. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в PNAS

В зависимости от особенностей акустической ориентации, в разных условиях выгодно использовать акустические сигналы того или иного типа. Например, самки сверчков отыскивают поющих самцов во время полета; самцы одних видов кузнечиков поют, залезая высоко на деревья, тогда как самцы других видов кузнечиков поют в траве. В первых двух случаях растительность и неровности рельефа не оказывают большого влияния на распространение звуковых волн, поэтому для увеличения дальности связи целесообразна концентрация излучаемой энергии в узком диапазоне частот. При ориентации на поверхности земли эти факторы, напротив, представляют серьезное препятствие на пути звукового сигнала. Чтобы повысить помехоустойчивость сигнала, выгодно расширять спектр несущей частоты (Жантиев, 1981; Попов, 1985).

Считается, что нерезонансная система звукоизлучения появилась у прямокрылых насекомых раньше, чем резонансная. Это вполне разумное предположение, так как для создания резонансной системы частота ударов зубчиков о жилку должна соответствовать собственной частоте колебаний надкрылий. То есть частота движений надкрылий должна быть не любой, а совершенно определенной. До настоящего времени была описана всего одна находка кузнечика с хорошо сохранившимся звуковым аппаратом — Pseudotettigonia amoena (Rust et al. Singing and hearing in a Tertiary bushcricket, Nature, 1999), датированная 55 миллионами лет назад. Судя по строению звукового аппарата, этот кузнечик издавал широкополосные сигналы. Поэтому до последнего времени считалось, что резонансная система появилась относительно поздно, не раньше кайнозоя (см. также: Cenozoic).

И вот новая интересная находка: в Китае нашли надкрылья кузнечика с хорошо сохранившимся звуковым аппаратом (рис. 1). Реконструкция надкрылий показала, что они были более 7 см в длину и одинаковые по строению. Китайские биологи Столичного педагогического университета в Пекине дали новому виду романтическое название «Archaboilus musicus», а английские биологи из Бристольского университета проанализировали строение звукового аппарата и предположили, какой звуковой сигнал издавался с его помощью.

Находку датировали серединой поздней юры (см. также: Jurassic), что соответствует примерно 165 миллионам лет назад. A. musicus отнесли к семейству Haglidae, группе, которая возникла в конце триаса (см. также: Triassic) и вымерла в раннем мелу (см. также: Cretaceous). Авторы предположили, что наиболее близкими родственниками вымершей группы могут быть представители современного семейства Prophalangopsidae (рис. 3). К этому семейству относятся, например, виды рода Cyphoderris, которые имеют симметричные надкрылья с одинаковыми зазубренными жилками (стридуляционными файлами). Эти черты сближают их со сверчками. Известно, что сверчки во время пения могут использовать зубчики то одного, то другого надкрылья. Напротив, большинство современных кузнечиков, которые относятся к семейству Tettigoniidae, имеют ассиметричные надкрылья, и зубчики лишь на одном из них.
 

Рис. 3. Филогенетические отношения между основными группами длинноусых прямокрылых на основании использования молекулярных и морфологических данных. Тональные акустические сигналы (обозначены красным цветом) известны для большинства современных сверчков (Gryllidae), медведок (Gryllotalpidae), Prophalangopsidae и многих настоящих кузнечиков (Tettigoniidae). Другая часть кузнечиков издает широкополосные сигналы (зеленый цвет). Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Известно, что у длинноусых прямокрылых звук издается в основном в процессе закрывания надкрылий, причем двигаются они с ускорением на манер закрывания ножниц. У многих видов расстояние между соседними зубчиками на жилке постепенно увеличивается в направлении сдвигания надкрылий. Таким образом, скорость движения стридуляционного файла о жилку другого надкрылья оказывается постоянной. Именно в этом случае возможна генерация тонального сигнала, то есть генерация сигнала с постоянной несущей частотой (fc). В таком случае каждый удар зубчика о жилку должен происходить с периодом повторения 1/fc. У A. musicus расстояние между зубчиками равномерно растет от одного конца жилки к другому (рис. 4D), что, по мнению авторов, служит убедительным доводом в пользу адаптации надкрылий к генерации тональных сигналов.

Интересно, что у современных прямокрылых, генерирующих тональные сигналы, в процессе стридуляции могут быть задействованы не все зубчики, а лишь те участки стридуляционного файла, где расстояние между зубчиками линейно увеличивается (рис. 4A–C).
 

Рис. 4. Характер распределения зубчиков у современных прямокрылых (А–С) и у Archaboilus musicus (D). У Сyphoderris buckelli, как и у A. musicus, имеются стридуляционные файлы на обоих надкрыльях. Розовая область отмечает те участки стридуляционного файла, где расстояние между зубчиками линейно увеличивается и которые используются для резонансной стридуляции. По оси Х — число зубчиков, по оси Y — расстояние между соседними зубчиками. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Авторы пошли дальше в своих реконструкциях пения A. musicus. Накопленные данные по современным прямокрылым утверждают, что имеется обратная зависимость между длиной стридуляционного файла и несущей частотой сигнала (рис. 5). Поэтому можно предсказать, какая несущая частота тонального сигнала может генерироваться рядом зубчиков определенной длины. Для A. musicus авторы определили эту частоту в 6,4 кГц. Поскольку удар одного зубчика о жилку происходит каждые 1/fc с, то прохождение жилки по всем 100 зубчикам A. musicus могло занимать примерно 16 мс. Таким образом авторы определили длительность одного пульса в песенке древнего кузнечика.
 

Рис. 5. Реконструкция акустического сигнала Archaboilus musicus. А — обратная зависимость между длиной стридуляционного файла (file length) и несущей частотой сигнала (carrier frequency). В — длительность одного пульса у современных видов и A. musicus. С — частотные спектры сигналов современных видов и A. musicus. Желтым цветом выделена область, куда попадают спектры сигналов всех современных сверчков рода Gryllus. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Авторы данной статьи считают, что тональный сигнал с относительно низкой частотой около 6 кГц мог хорошо распространяться в папоротниковых и хвойных лесах юрского периода. Возможно, самцы A. musicus пели не только на деревьях, но и на земле, подобно сверчкам. Низкочастотные сигналы меньше отражаются от поверхности земли и меньше поглощаются растительностью, чем высокочастотные (Жантиев, 1981). Авторы также предполагают, что A. musicus пел преимущественно по ночам, чтобы не привлекать внимание дневных потенциальных хищников, например рептилий наподобие археоптерикса.

Все бы замечательно, но хочется добавить к данному пересказу критическое замечание. По данным Хеллера (Heller, 1988), расстояние между зубчиками стридуляционного файла никоим образом не определяет ширину частотного спектра у современных кузнечиков. В своей книге он приводит разнообразные примеры фотографий зубчиков и спектров, из которых видно, что при сходной структуре стридуляционных файлов насекомые издают совершенно разные по частотным свойствам сигналы. Поэтому можно допустить, что A. musicus пел песню, которую описали авторы статьи, но я бы с большой осторожностью отнеслась к такому предположению.

Источник: Jun-Jie Gu, Fernando Montealegre-Z, Daniel Robert, Michael S. Engel, Ge-Xia Qiao, Dong Ren. Wing stridulation in a Jurassic katydid (Insecta, Orthoptera) produced low-pitched musical calls to attract females // PNAS, Published online 6.02.2012.

Источник: http://elementy.ru/

 

Организаторы:

Информационные партнеры:

Обратная связь © 2010 - РА "Позитив". При использовании материалов ссылка на www.novreal.ru обязательна.