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
15.09.2026
Марсоходы дают учёным взгляд с поверхности Красной планеты — загляните в центр управления NASA
Свет загорается, когда я вхожу в Центр управления марсоходами в Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, Калифорния, в 7:30 утра. Я первый, кто пришёл, хотя уже чувствую, что опаздываю. Где-то ночью по земному времени марсоход Curiosity завершил свой день на Марсе и передал последние изображения и измерения на орбитальный аппарат, пролетающий над ним. Орбитальный аппарат ретранслировал данные на Землю, где они теперь ждут на серверах здесь и в партн
11.09.2026
FDA одобрила прорывной препарат от рака поджелудочной железы — онколог объясняет, как дараксонрасиб почти удваивает выживаемость
Долгое время вероятность выжить при раке поджелудочной железы была крайне низкой. Среди пациентов с метастатическим раком, диагностированным в период с 2015 по 2021 год, около 97% умерли в течение пяти лет после постановки диагноза. Рак поджелудочной железы настолько смертелен отчасти потому, что не существует эффективных скрининговых тестов, и он редко вызывает заметные симптомы на ранних стадиях. К тому времени, к
09.09.2026
Древним лесам потребовалось 100 000 лет, чтобы восстановиться после глобального потепления — окаменелости из Вайоминга раскрывают детали
Пятьдесят шесть миллионов лет назад леса Земли достигли переломной точки. В начале одного из самых интенсивных периодов парникового потепления они были густыми, с пышными кронами. Но затем эти кроны начали редеть. По мере того как глобальные температуры выросли на 6°C, жара и засуха вызвали стресс у лесов, убивая большое количество деревьев. Кроны лесов открылись, земля получила больше солнечного света, из
04.09.2026
Подростки ищут поддержку у ИИ-чатботов — как обеспечить их безопасность
Два часа ночи. Девочка-подросток не спит, переживая из-за ссоры с другом. Вместо того чтобы разбудить родителей, она берёт телефон, открывает приложение с ИИ и пишет: «Я так переживаю, не могу уснуть». Ответ приходит мгновенно: «Мне жаль, что ты через это проходишь. Хочешь рассказать, что тебя беспокоит?» Разговор продолжается, и через 20 минут она успокаивается и засыпает. Поддерживающий голос, который её успокоил? Большая языковая модель — чатбот. Это гипотетический сцен
ПИШИТЕ
Техническая поддержка проекта ВсеТут