Ученые воссоздали звуки юрских насекомых

Фото из открытых источников

Используя лазеры, компьютерные модели и искусственный интеллект, исследователи реконструировали звуки, издаваемые 165-миллионолетними родственниками современных сверчков и кузнечиков по окаменелым фрагментам крыльев, найденным в Китае; одно из этих ископаемых насекомых издавало звуки на частотах, выходящих за пределы человеческого слуха, что опровергает давно устоявшееся предположение о том, что именно хищничество летучих мышей подтолкнуло насекомых к использованию ультразвуковых технологий. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Об акустическом ландшафте давно исчезнувших экосистем, таких как юрские леса, известно очень мало», — написали Цзюнь-Цзе Гу из Сычуаньского сельскохозяйственного университета и его коллеги.

Звуки, издаваемые динозаврами и другими харизматичными позвоночными, до конца не изучены, поскольку их голосовые органы редко хорошо сохраняются в окаменелостях.

В отличие от голосовых связок четвероногих, звукоиздающие органы, присутствующие в склеротизированной кутикуле некоторых членистоногих, хорошо окаменевают.

Например, стридуляционные структуры (пила, плектра) можно наблюдать и измерять в окаменелых передних крыльях самцов сверчков и их сородичей.

Эти окаменелости содержат отпечаток акустических сигналов, которые они генерировали, открывая уникальную возможность заглянуть в звуковые ландшафты прошлого.

В ходе своего исследования авторы проанализировали 20 окаменелых насекомых семейства Ensifera — семь видов из семейства Prophalangopsidae и два вида из семейства Haglidae, вымершего с триаса до мелового периода, — обнаруженных в формации Цзюлуншань во Внутренней Монголии, Китай.

Эти окаменелости, датируемые средним юрским периодом, примерно 165 миллионами лет назад, сохранили хрупкие структуры крыльев, которые эти насекомые использовали для «пения», потирая одно крыло о другое — процесс, называемый стридуляцией.

Для расшифровки этих древних песен исследователи объединили несколько методов: филогенетический анализ, сравнивающий окаменелости с почти 100 ныне живущими видами насекомых, измерения лазерной виброметрии крыльев современных насекомых, компьютерное моделирование вибрации окаменелых крыльев и модели машинного обучения, обученные предсказывать характер вибраций по форме крыльев.

Результаты их исследований демонстрируют удивительно разнообразный звуковой ландшафт: большинство из девяти видов издавали низкие, чистые тональные звуки в диапазоне около 5 кГц (килогерц), похожие на звуки некоторых ныне живущих сверчков.

Однако один вид, Sigmaboilus peregrinus, по-видимому, издавал звуки на частотах выше 20 кГц, в ультразвуковом диапазоне, выходящем за пределы возможностей человеческого слуха.

Это открытие имеет важное значение, поскольку оно предшествует появлению летучих мышей, которые возникли примерно 55 миллионов лет спустя и которым обычно приписывают эволюцию ультразвуковой коммуникации и слуха у насекомых как способа уклонения от хищников, использующих эхолокацию.

Новые данные свидетельствуют о том, что ультразвуковая сигнализация у насекомых существовала задолго до появления летучих мышей.

Это означает, что летучие мыши не были единственной силой, стоящей за эволюцией высокочастотных звуков насекомых.

Вместо этого ученые предполагают, что ранние млекопитающие и другие хищники могли оказывать давление на насекомых, заставляя их развивать более тихие, труднолокализуемые сигналы чистого тона.

Возможно, свою роль также сыграла конкуренция за акустическое пространство между множеством видов птиц, издающих звуки, в условиях переполненной среды.

«На данный момент мы можем лишь подтвердить, что юрские энсиферы общались с помощью широкого диапазона частот, от низких звуковых до умеренных ультразвуковых», — написали авторы в статье. «Мы показываем, что ультразвуковая коммуникация, вероятно, была принята предками кузнечиков в среднем юрском периоде, около 165 миллионов лет назад, что является древнейшим известным свидетельством ультразвуковой коммуникации у животных».

Кроме того, эти древние энсиферы уже начали диверсифицировать свои стратегии акустической сигнализации, изменяя размер тела и морфологию стридуляционных рядов, издавая чистые и высокочастотные звуки.

«Хотя наблюдаемое разнообразие существующих стратегий акустической сигнализации у кузнечиков и преимущественное использование чистого тонального ультразвука, как полагают, было обусловлено подслушиванием хищников, мы здесь отвергаем гипотезу о том, что летучие мыши были единственным фактором эволюции ультразвука у кузнечиков», - пояснили авторы исследования.

Вместо этого, вероятно, ранние млекопитающие и их предки, не являющиеся млекопитающими, также прислушивались к песням энсифер, что способствовало ранней диверсификации стратегий акустической сигнализации.

Эволюция ультразвука могла также быть обусловлена разделением акустических ниш из-за межвидовой конкуренции.

Ученые отмечают, что это, в сочетании с данными об ультразвуковом исследовании у бабочек мелового периода, позволяет предположить, что летучие мыши появились — почти на 100 миллионов лет позже поющих энсиферов — в звуковом ландшафте, уже насыщенном ультразвуковыми сигналами.