Въведете кода си за достъп в полето по-долу.

Ако сте абонат на Zinio, Nook, Kindle, Apple или Google Play, можете да въведете кода за достъп до уебсайта си, за да получите достъп на абоната. Кодът за достъп до вашия уебсайт се намира в горния десен ъгъл на страницата Съдържание на вашето цифрово издание.

човек

Бюлетин

Регистрирайте се за нашия имейл бюлетин за най-новите научни новини

Всеки път, когато пуснете музика или слушате думи на оратор, вие сте страна на чудото на биологията - способността да чувате. Звуците са просто вълни от натиск, каскадно преминаващи през оскъдни молекули въздух. Ушите ви могат не само да открият тези трептения, но и да ги декодират, за да разкрият соната на Бах, смеещ се приятел или звучна кола.

Това се случва в три стъпки. Първо: улавяне. Звуковите вълни преминават през парчетата на ухото ви, които всъщност можете да видите, и вибрират мембрана, опъната опъната през ушния канал. Това е тимпанът, или по-възбуждащо, тъпанчето. От другата страна тъпанчето се свързва с три малки добре наречени кости - чукът, наковалнята и стремето - които свързват пълното с въздух външно ухо с пълното с течност вътрешно ухо.

Костите изпълняват втората стъпка: преобразуват и усилват. Те предават целия натиск от сравнително широката тъпанчева тъкан в много по-малкия връх на стремето, превръщайки големите, но слаби въздушни вибрации в малки, но силни, пренасяни от течност.

Тези вибрации навлизат във вътрешното ухо, което прилича на френска бъркалка, която излиза от черупката на охлюв. Засега игнорирайте бъркалката - черупката е кохлеята, навита тръба, пълна с течност и облицована с чувствителни космени клетки. Те извършват третата стъпка: честотен анализ. Всяка клетка реагира на различни честоти и е добре подравнена, така че нискочестотните да са в единия край на тръбата, а високочестотните в другия. Те са като обратна клавиатура на пиано, която по-скоро усеща, отколкото свири. Сигналите от тези клетки се предават на слуховия нерв и се декодират в мозъка. И вуаля - чуваме нещо.

Всички уши на бозайници работят по един и същи начин: улавяне на звук; конвертира и усилва; и анализира честотите. Но добрата адаптация рядко се губи само за една част от дървото на живота. Различните клонове често развиват подобни решения на житейските проблеми. Ето защо в тропическите гори на Южна Америка катидид - роднина на щурците - чува по същия метод от три стъпки, който ние използваме, но с уши, които се намират на колене.

Скакалците, щурците и скакалците имат уши за коляното, които са само на част от милиметъра дълги, и са сред най-малките уши в животинското царство. Въпреки че безброй на брой тези насекоми бяха разсечени, никой всъщност не беше разбрал структурата на тези уши.

Фернандо Монтеалегре-З от университета в Бристол запълни останалите пропуски. Свеж от пресъздаването на звука на джурския щурец, той се обърна към изучаването на катидид, наречен Copiphora gorgonensis, зелено насекомо с оранжево лице, покрито с еднорог като шип и комични мъниста очи.

Той анализира краката на живите катидиди с помощта на CT скенер, предназначен за малки предмети. Сканирането разкрива двойка тъпанчета (или тимпанални мембрани) на всяко коляно. Това, за което вече знаехме. Но Montealagre-Z открива и два нови органа.

Първият - акустичният мехур (AV) - е като непокрита версия на нашата кохлея, стесняваща се куха тръба, пълна с течност. Други учени предполагаха, че AV е прост кръвоносен съд, но Montealegre-Z знаеше, че това не може да бъде правилно. Като начало се среща само в първия чифт крака, където са ушите на katydid. Той съдържа линия от чувствителни клетки, наречена crista acustica, като космените клетки, които облицоват нашата охлюва. Тяхната роля е една и съща - да анализират честотите.

AV е свързана с всяко тъпанче чрез напълно нова структура, наречена тимпанална плоча (TP). Изглежда просто като друга част от твърдата външна кутикула на насекомото, но използвайки лазери, Montealegre-Z установи, че то вибрира във времето с тъпанчето. Тази плоча е версията на katydid на нашите три ушни кости - твърд лост, който преобразува изпълненото с въздух външно ухо със слуховия мехур, изпълнен с течност. И точно както нашите тъпанчета имат 17 пъти повече повърхност от нашите стремена, тъпанчето на katydid има 13 пъти повече площ от тимпаналната си плочка. Ефектът е същият: големите слаби вибрации се преобразуват в малки силни.

Така че ето как катидид чува. Първа стъпка: двете тъпанчета улавят звук, точно както правим нашите. Стъпка втора: тимпаналната плоча изпраща тези вибрации в слуховия мехур, изпълнен с течност, като ги усилва в процеса. Стъпка трета: вълните се придвижват надолу по crista acustica, чиито клетки реагират на различните честоти и изпращат тази информация до нервната система на насекомото. Това е същата настройка, както в нашите собствени уши, но в структури, които са сто пъти по-малки.

Въпреки приликите, има очевидни разлики между ушите на катидид и нашите, освен местоположението и сдвоените тъпанчета. Нашите кохлеи съдържат между 17 000 и 24 000 космени клетки, докато катидидите имат само 14 до 70. Тези клетки покриват диапазон от честоти между 10 и 50 kiloHertz. Това обхваща около три много високи октави и е много по-широко от единствените звуци, които катидидите издават един на друг - ухажваща нота от около 18 до 23 kHz. Montealagre-Z смята, че насекомите са еволюирали, за да чуят други звуци извън собствените си серенади - може би те са високочестотни повиквания на ловни прилепи.

Справка: Montealegre-Z, Jonsson, Robson-Brown, Postles & Robert. 2012. Конвергентна еволюция между прослушването на насекоми и бозайници. Наука http://dx.doi.org/10.1126/science.1225271

Образ от Даниел Робърт и Фернандо Монтеалегре-Z