Как гусеницы «слышат» без ушей: вибрации в безэховой камере раскрывают секрет
Как гусеницы «слышат» без ушей: вибрации в безэховой камере раскрывают секрет
В тихом летнем саду гусеница сидит на ветке, безмятежно жуя листья. Мгновение спустя она замирает. Она чувствует опасность — и как раз вовремя. Сзади приближается оса, оценивая добычу. Гусеницы табачного бражника не выглядят так, будто у них есть уши, но они способны чувствовать хищников, таких как осы. Как гусеница узнаёт о приближении осы? Учёные ещё не до конца понимают, как работают органы чувств этой гусеницы, но мы — часть команды биологов и инженеров, которые хотят это выяснить. Наши текущие исследования показывают, что табачные бражники могут слышать с помощью крошечных сверхчувствительных волосков на теле.
Понимание сложных биологических механизмов, позволяющих этому организму воспринимать окружающую среду и взаимодействовать с ней, поможет решить загадку природы. Это также может помочь учёным разработать новые, более дешёвые микрофонные технологии. Поскольку волоски бражника настолько чувствительны, мы должны изучать их в полной тишине. А где ещё изучать слух, как не в полной тишине безэховой камеры?
Что происходит в безэховой камере
То, что происходит за пределами безэховой камеры, остаётся за её пределами, потому что она тщательно построена именно так. Безэховые камеры — одни из самых тихих мест в мире. Они спроектированы специально, чтобы блокировать проникновение любых нежелательных звуков. Тяжёлые стальные пружины поддерживают «парящую» камеру и не дают ей касаться земли. Эта отстранённость изолирует пространство от внешних вибраций и шума.
В такой камере мы изучали реакции гусениц на вибрации. Каждый день в течение года мы устанавливали гусеницу на платформу и посылали вибрации к платформе с разной интенсивностью. Чтобы измерить движение и точные вибрации, проходящие через платформу, мы использовали устройство под названием акселерометр. В ответ на вибрации мы иногда видели, как гусеницы прыгают; в других случаях они дёргались или даже содрогались от физической силы. Через наши наблюдения мы определили конкретный порог, при котором гусеницы переставали реагировать на вибрации.
Заметив эту закономерность, мы решили протестировать больше гусениц в безэховой камере, но на этот раз используя звук, передающийся по воздуху, в качестве стимула. Идея была в том, что если гусеницы более чувствительны к звуку, чем к вибрациям, они, вероятно, слышат звуки, передающиеся по воздуху, независимо от вибраций. Звук также заставляет объекты вибрировать. Чтобы убедиться, что гусеница не просто чувствует вибрации звука через платформу, мы также использовали акселерометр для измерения вибраций платформы от звука.
Мы заметили, что на этот раз гусеницы продолжали реагировать на звук даже ниже их порога реакции на прямые вибрации. Это говорит о том, что они слышат звуки, передающиеся по воздуху.
Где находятся их «уши»?
Итак, где их «уши»? Или, вернее, что такое их «уши»? Есть два способа восприятия звука: первый — от давления звуковых волн, второй — от скорости частиц, составляющих звуковые волны. Долгое время учёные связывали слух с тимпанальными органами. У большинства млекопитающих тимпанальный орган — это мембрана, которая вибрирует в ответ на давление звуковых волн. У большинства насекомых, реагирующих на звуковое давление, структура, аналогичная тимпанальному органу, — это мешок, наполненный воздухом.
Но гусеницы представляют проблему для этой типичной слуховой системы, потому что они могут слышать, но не имеют очевидных тимпанальных мембран. Изучив прошлые исследования и рассмотрев гусениц под микроскопом, мы заметили характерные волоски на их телах. Так начался наш следующий проект. Мы удалили их волоски и сравнили их реакции на звук до и после удаления. Иногда мы хирургически удаляли все волоски пинцетом под микроскопом, иногда целенаправленно воздействовали на несколько.
Результат был поразительным: защитные реакции гусениц резко снизились на различных звуковых частотах в зависимости от того, какие именно волоски были удалены. Хотя наши исследования продолжаются, и мы ещё не опубликовали результаты в журнале, эта работа позволяет нам собрать воедино головоломку слуха гусениц и выяснить, какие из этих волосков настроены на регистрацию разных звуковых частот.
Вдохновение для новых микрофонов
Это направление исследований того, как насекомые слышат звуки с помощью специализированных микроскопических волосков, может вдохновить новое поколение акустических инструментов. Стандартные микрофоны — это устройства, содержащие мембраны, которые могут обнаруживать уровни звукового давления. Копируя эти биологические системы, например, используя структуры, подобные этим волоскам, вместо мембран, будущие микрофоны можно будет проектировать так, чтобы они измеряли скорость частиц воздуха, вызванную звуком, наряду с уровнями звукового давления.
Микрофоны, способные обнаруживать скорость частиц воздуха, также смогут определять направление происхождения звуковой волны. В случае с микрофонами для слуховых аппаратов микрофон, способный отслеживать как звуковое давление, так и скорость частиц воздуха, мог бы предоставить пользователю информацию как о громкости, так и о направлении звуковой волны. Изучение слуховых систем гусениц и имитация работы их «слуховых волосков» могли бы вдохновить на создание таких направленных микрофонов.
Ключевые факты
- Объект исследования: гусеницы табачного бражника (Manduca sexta)
- Где: безэховая камера (одно из самых тихих мест в мире)
- Метод: измерение реакций на вибрации и звук с помощью акселерометра
- Главная находка: гусеницы слышат звук, передающийся по воздуху, даже ниже порога реакции на прямые вибрации
- «Уши»: микроскопические волоски на теле
- Эксперимент: удаление волосков снизило защитные реакции на определённых частотах
- Потенциал: создание микрофонов, определяющих направление звука
Сравнение типов слуха
| Тип | Как работает | Примеры |
|---|---|---|
| Тимпанальный орган (млекопитающие) | Мембрана вибрирует от давления звуковых волн | Уши человека, большинство позвоночных |
| Тимпанальный орган (насекомые) | Мешок с воздухом воспринимает давление | Кузнечики, сверчки, некоторые бабочки |
| Волосковые сенсиллы (гусеницы) | Микроскопические волоски реагируют на скорость частиц воздуха | Гусеницы табачного бражника |
Итог: Гусеницы не имеют ушей, но слышат. Они используют микроскопические волоски, чтобы чувствовать приближение ос. Это открытие не только решает загадку природы, но и может изменить технологии — от микрофонов до слуховых аппаратов. И всё это благодаря тишине безэховой камеры и терпению учёных, которые год за годом наблюдали, как маленькие гусеницы дёргаются в ответ на невидимые волны.
ДРУГИЕ СТАТЬИ
23.10.2026
Древние люди опирались на генетическую изменчивость диких растений при одомашнивании риса и кукурузы
Одомашнивание: не создание с нуля, а отбор того, что уже было
Oryza rufipogon — обычная на вид дикая трава, встречающаяся сегодня в некоторых частях Китая, Индии и Юго-Восточной Азии. Более 8000 лет назад люди, жившие в долине нижнего Янцзы, начали её культивировать. Как и любая другая дикая трава, O. rufipogon сбрасывает семена на землю, когда готово распространять новые растения. Возможно, сначала непреднамеренно, люди отбирали редкие отдельные растения, которые не сбрасывали семена, сохраняли вертикальную форму и имели другие признаки, облегчающие сбор с
20.10.2026
«Норма» может убить: почему врачам и пациентам нужно смотреть на цифры, а не на ярлыки
Мистер В. чувствовал стеснение в груди. Его самые глубокие вдохи казались поверхностными. Он обратился в отделение неотложной помощи, где врач-ординатор обнаружил несколько тревожных признаков, включая отёк рук и ног, а также увеличение сердца на рентгене грудной клетки. Всё, казалось, указывало на один диагноз: сердечная недостаточность, когда неспособность сердца эффективно перекачивать кровь вызывает накопление жидкости в организме. Но один результат
16.10.2026
ИИ рисует стереотипы: как модели создают «гейские», «натуральные» и «криминальные» лица
Спросите модель искусственного интеллекта, выглядит ли лицо геем или натуралом, и она откажется отвечать. Но попросите её изменить фотографию человека, чтобы он выглядел геем, натуралом — или преступником, — и она часто это сделает, используя стереотипные черты. В исследовании, принятом к представлению на конференции по эмпирическим методам в обработке естественного языка 2026 года, мои студенты и я допросили две широко используемые визуально-языковые
14.10.2026
Секунды координации: почему время, которое мы знаем, может измениться навсегда
Вы, вероятно, привыкли, что февраль получает дополнительный день каждые четыре года — в високосный год. Хранители времени добавили этот дополнительный день, потому что Земля совершает один оборот вокруг Солнца примерно за 365 с четвертью дней. Если бы мы не добавляли високосные дни, равноденствия и солнцестояния, знаменующие начало сезонов, наступали бы позже, медленно сдвигая дни начала каждого сезона.
На протяжении тысячелетий день определялся как один полный
ПИШИТЕ
Техническая поддержка проекта ВсеТут