Природа наградила млекопитающих, включая человека, сложнейшим устройством обработки звуковых сигналов – ухом. В его устройстве можно выделить несколько ключевых узлов.
Во-первых — барабанная перепонка, которая служит для передачи звуковых колебаний из воздуха во внутреннее ухо. Непосредственно к ней примыкают слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко, последовательно передающие входящие колебания к улитке.
Последняя представляет собой спираль, которая выложена чувствительными клетками и заполнена жидкостью. Слуховые косточки передают колебания из воздуха в жидкость практически без энергетических потерь.
Жидкость в улитке необходима не только для выживания сенсорных клеток, но также для усиления входящих акустических колебаний, а точнее, для преобразования длинных слабых звуковых волн в короткие и более мощные.
Биологам известно, что похожим слуховым аппаратом обладают не только млекопитающие. Так, у кузнечиков, как и у подобных им насекомых, имеются и барабанные перепонки, и чувствительные слуховые клетки (при этом их акустическое устройство расположено в конечностях). Однако для учёных оставалось загадкой, каким образом происходит преобразование воздушных звуковых колебаний у этих насекомых. Исследователям никак не удавалось обнаружить орган, заполненный жидкостью, подобный улитке.
Слуховой аппарат кузнечиков чрезвычайно миниатюрен: всего несколько сотен микрометров в длину. Неудивительно, что его так долго не удавалось изучить классическими методами препарирования.
Вместо этого биофизик Фернандо Монтеалегре Сапата (Fernando Montealegre Zapata) и его коллеги использовали неинвазивный (то есть без повреждения объекта исследования) метод компьютерной томографии, который применяют при анализе окаменелостей и древних артефактов.
Объектом нового исследования, описанного в статье в журнале Science, стали тропические кузнечики вида Copiphora gorgonensis, которые населяют леса Колумбии.
Учёные поместили насекомых в томограф и на полученном трёхмерном изображении обнаружили то, что не удавалось увидеть ранее, а именно небольшую конусообразную полость за барабанной перепонкой в коленках кузнечиков.
Полость эта выстлана чувствительными к акустическим колебаниям клетками. С двух сторон в неё спускаются подвижно закреплённые отростки кутикулы (внешней твёрдой оболочки туловища насекомого), короткие концы которой крепятся за пределами полости. Позднее учёные заметили, что миниатюрный резервуар заполнен маслянистой жидкостью.
Дальнейшие исследования показали, что звуковые колебания, попадая на барабанную перепонку, передаются на короткие концы отростков кутикулы. На длинных концах, которые опущены в полость, колебательные волны становятся короче и мощнее. Далее по известной для млекопитающих схеме жидкость передаёт усиленные волны на чувствительные клетки.
Таким образом, кузнечики, как и человек, обладают многоступенчатым механизмом преобразования звуков. Разве что в случае насекомых он значительно проще, рассказывает один из авторов работы Дэниел Роберт (Daniel Robert).
"Это очень интересно, поскольку он, вероятнее всего, менее деликатный, но более надёжный, — заключает учёный в пресс-релизе университета Бристоля. – Инженеры должны заинтересоваться нашим открытием, поскольку оно позволит усовершенствовать множество устройств и приборов, таких как микрофоны, слуховые аппараты и многие другие".
