Роль звуків у житті комах
Всім відомо, що багато комах можуть видавати звуки: одні дзижчать, інші скриплять, свистять і навіть співають... На Сході багато сотень років тому тримали у спеціальних клітинах деякі види цикад, щоб ті насолоджували слух багатих вельмож своїми піснями. Серед цих комах були справжні віртуози, які демонстрували різноманітні гучність, тембр та репертуар. Зніжених придворних співаків дуже цінували. Вважалося особливим вишукуванням піднести кому-небудь у дарунок клітинку з членистоногим «солов`ям». Такий подарунок був гідний і імператора.
Але ми з вами більше знайомі з вільними «бардами» природи – кониками, цикадами, джмелями, бджолами... Важко навіть уявити собі літній лук або лісову галявину без пісень цих комах. Вони надихали багатьох поетів, художників і навіть композиторів. Але чомусь довгий час не могли надихнути вчених. Лише у XX ст. біологи почали серйозно цікавитися тим, як і навіщо комахи видають звуки. На початку століття життя комах, що співають, вивчав ентомолог Ж.А. Фабр. Він встановив, що представники загону прямокрилих – коники та капустянки – «розмовляють» за допомогою стридуляційного апарату. На одному крилі комахи є гладке і міцне (як шкіра на барабані), оточене твердими жилками пристосування, на іншому крилі - міцна жилка із зазубринками. Потираючи крилами, комахи видають звуки. Ну чим не скрипочка зі смичком? Іншим прямокрилим - сарановим (кобилкам, наприклад) - доводиться потирати ногами, тому що стридуляційний апарат у них розташований саме там. Подібне пристосування дозволяє керувати не лише гучністю звуку, але й змінювати його тембр та частоту. Фабр вважав, що у коників та сарани є по кілька десятків різноманітних пісень. А одними з найкращих «музикантів» у світі тварин Фабр вважав цвіркунів і трубачиків - у їхньому репертуарі, на думку деяких дослідників, чи не 500 пісень, що різняться.
Через кілька років після відкриття Фабра угорський учений Реген продовжив вивчення ролі пісень у житті коників. Відомо, що у переважної більшості видів цих комах самки безголосі, «співають» лише самці. В експерименті Регена жінки коників ігнорували шалено співаючих кавалерів, які, бачачи самок, виводили свої рулади під прозорим, але звуконепроникним ковпаком. Самки бачили співаків, але не чули, тому й залишилися до них байдужі. Однак, коли комах помістили в різні кімнати і самочкам стали транслювати «серенади» самців, вони помітно захвилювалися. Любовна пісня була почута та отримала належний відгук.
Якщо прямокрилих називають комахами-скрипачами, то цикад (представників загону рівнокрилих) можна вважати барабанщиками. Їхній музичний інструмент складається з трьох перетинок, розташованих у великій камері на грудях комахи. До однієї перетинки прикріплений м`яз, який (до 20 000 разів на секунду!) згинає цю перетинку і б`є нею іншим. Непросто влаштовані резонатори багаторазово посилюють звук. «Спів» деяких видів цикад за силою звуку наближається до реву паровоза.
Крім коників і цикад існує понад 10 000 видів комах, що «розмовляють», і ведуть вони свої «бесіди» надзвичайно різноманітними способами. Одні потріскують зчленуваннями лапок, жуки-вусачі поскрипують сегментами черевця, клопи-гладиші клацають лапками по хоботку, метелики видають звуки, ударяючи себе рубом крила в груди, жуки-луску клацають зчленування голови і грудей. Дуже багато комах вміють «розмовляти» крилами, вібруючи ними з різною частотою. Метелик махаон (Papilio machaon) робить 5-6 помахів за секунду, траурниця (Nymphalis antiopa) - 10. Ми здатні чути низький звук, що гуде, який видають у польоті метелики-бражники, чиї крила роблять 45-50 помахів в секунду. "Звучать" і літаючі жуки: травневий жук дзижчить, роблячи 45-50 помахів крилами в секунду, жук-гнійник (Geotrupes vernalis) - 85-90, а сонечка в польоті змахують крилами до 100 разів на секунду. Літаючі бабки і ґедзі «звучать» завдяки 100 помахам в секунду, оси, залежно від виду, - 110-250, джмелі - від 190 до 350. Бджоли працюють крилами ще активніше - до 450 помахів за секунду, але навантажившись медом, роблять до 330 помахів і гудуть нижче. Рекордсменами з «скороговорення крилами» по праву вважають комарів – 500-600, а в деяких – до 1000 помахів на секунду. При такій частоті звук, що видається, стає неприємним для нашого вуха. Згадайте, як нас дратує нічне свербіння комара, що літає.
Але що дивно, знаючи про такий різноманітний репертуар, вчені довгий час не могли визначити, як комахи сприймають звуки, та й чи сприймають взагалі. Були різні припущення, думали навіть, що коники, наприклад, чують усім тілом. І все це тому, що ніхто з дослідників не міг знайти у комах вух. Але логіка підказувала, що якщо є спеціальні органи для відтворення звуків, то повинні бути органи для їх сприйняття.
Деякі спостереження показують, що комахи добре реагують на звук. Цікавий випадок стався у 1956 р. на дачі в одного американського вченого. Приємним теплим вечором професор К. Ренер приймав у себе гостей.
Все було дуже мило, люди сиділи на веранді, насолоджуючись приємною компанією, погодою та вишуканим вином. Над головами тих, що сидять, м`яко пурхали нічні метелики. Але тут хтось із гостей випадково провів вологою пробкою по тонкому кришталевому келиху. Виник дуже високий і пронизливий звук. І - про диво! - літаючі нічні красуні дружно впали на підлогу, як непритомнілі панночки. Гості (а це були вчені) схопилися і почали розшукувати метеликів, що раптово зникли. І знайшли їх лежать «непритомні» на підлозі. Поступово «слабонервні» комахи прийшли до тями і почали повзати, а потім і літати, як ні в чому не бувало. Фокус із пробкою повторили, і всі метелики знову опинилися на підлозі. І так кілька разів. Ну які після цього могли бути сумніви в тому, що комахи чули цей звук, який в буквальному значенні слова спричинив їх додолу?
У 1957 р. американському біологу Гескеллу вдалося знайти «вуха» коників. Хто б міг подумати, що звукочутливі органи цієї комахи розташовані на ногах, вірніше, на гомілках передніх лапок і мають вигляд двох вузьких щілин?! Не менш екстравагантні «вуха» і у метеликів: у денних вони розташовані в основі передніх крил, у нічних – між грудьми та черевцем. Та й інші комахи, як виявилося, мають «вуха» в найнесподіваніших місцях: на грудях, на вусиках, на хвостових нитках і т.д.д. Загалом, хто у що здатний! Розрізняється і влаштування цих органів. Одні з найпоширеніших – тимпанальні «вуха» (тимпан у перекладі з грецької – бубон або барабан). Вони складаються з порожнини, закритою тонкою плівкою - чутливою мембраною, від якої відходять нерви, що спрямовуються в мозок. Інший тип - це «вуха», що знаходяться в основі вусиків-антени. Це високочутливе утворення носить назву Джонстонів орган. Його клітини вловлюють найменші коливання повітря та передають у мозок отриману інформацію. У принципі звукосприймаючі органи комах порівняно з такими в деяких інших типів тварин влаштовані дуже примітивно. Чи означає це, що коники, метелики, цикади та інші види погано чують? Не. Вчені встановили, що чутливість слуху комах просто неправдоподібна. Так, коник, що нежиться в променях сонця десь на території Підмосков`я, здатний сприйняти шум від поштовхів землетрусу в Японії. Ось так!
У звуку, як відомо, кілька характеристик. Його силу прийнято виражати в децибелах, а частоту (кількість звукових хвиль, чи коливань, за одиницю часу) - у герцах. Один герц (1 Гц) - це одне коливання за секунду, 10 Гц - 10 коливань і т.д.д. Чим більша частота, тим вищий (тонший) звук і навпаки. Звук, що має частоту вище 20 000 Гц (20 кГц), прийнято називати ультразвуком, нижче 20 Гц – інфразвуком. Ми з вами здатні сприймати звук саме у цьому діапазоні, від 20 Гц до 20 кГц. Але для комах це не межа. Так, кілька видів коників чують ультразвуки з частотою 70 кГц, а нічні метелики вловлюють коливання понад 200 кГц, що у 12 разів перевищує можливості слуху людини.
У комах чують не лише дорослі особини. Досліди англійських учених Л. Коха та Д. Хакслі з гусеницями метеликів ведмедиць і п`ядець показали, що вони сприймають звуки, причому на деякі реагують досить дивно. Звуки музики, хоч як це дивно, викликали у гусениць агресивну реакцію. За перших тактів вони злякано завмирали, потім намагалися втекти. Якщо звуки не припинялася, гусениці вставали в позу. Ну що вдієш, не люблять вони музику!
Біологи довго ламали голови, намагаючись зрозуміти, чим чують ці м`якотілі та немузичні створіння. Виявилося, що вони сприймають звуки численними волосками, що покривають їхнє тіло. Гусениці ведмедиць і назву свою отримали за густе хутро, а ось у гусениць п`яденок волоски тонкі та прозорі, практично невидимі неозброєним оком.
А яке ж значення в житті комах звуків, що їх видають самі? У коників «спів» відіграє дуже важливу роль у продовженні роду. Самця, що самозабутньо виводить рулади, чують багато самок його виду. Однак на побачення до нього поспішають лише незапліднені. Таким чином, звук дуже полегшує самотнім жінкам пошуки вакантного кавалера. Схоже значення мають «пісні» у житті комарів. Майже всі самці пищать однаково. А ось самки – такі витівниці! Мало того, що вони пищать зовсім не так, як самці. Заплідні самки «звучать» інакше, ніж незапліднені, дорослі – не так, як юні чи дуже старі. Все це здорово полегшує життя комариним самцям, які зазвичай прагнуть незапліднених не дуже юних і не дуже старих комарихів. «Спів» прекрасних дам комарині кавалери сприймають вусиками-антенами. Причому чим пухнастіші вуса, тим краще слух. Найбільш пухнастими вуса комарів-самців стають лише у певному віці. А безусим, вірніше, неперістусим молодикам розшукувати партнерок ще зарано. Самкам комарів вуса взагалі не потрібні, оскільки вони партнерів не розшукують - самі прилетять.
Ще одна цікава особливість розкішних вусів комариних кавалерів - вони не можуть бути використані для інших звуків. Подібно до радіоприймача, вони налаштовані тільки на одну частоту - ту, яку видають крила самки, яка перебуває в потрібному стані.
Цікаво, що висновку про те, що комарині самці розшукують подруг за допомогою слуху, першим дійшов не біолог, а американський інженер Х. Максим, який увійшов до історії як винахідник станкового кулемета. Встановлюючи ланцюг електричних ліхтарів, він звернув увагу, що навколо трансформаторів товчеться рій перистоусих комарів-самців. Свої спостереження Максим намагався опублікувати, але був осміяний...
Таким чином, звук допомагає знайти комахам один одного у шлюбний період, але це не єдина його роль. Звуком комахи попереджають суперників, щоб ті трималися подалі. Крім того, звуком можна подавати сигнали про загрозу, що загрожує. Згадайте «непритомних» метеликів на дачі у американського вченого. Справа в тому, що нічні метелики здатні чути кажанів. Ці небезпечні мисливці, шукаючи їжу, використовують ультразвук. Так ось, метелики, вловивши його, рятуються хто як може: одні «знепритомніють» і падають вниз, інші різко змінюють траєкторію польоту. І комариним самкам-кровососам писк потрібен не тільки для залучення самців-вегетаріанців - він ще може бути попередженням про небезпеку. Коли якась із комаріх рятується втечею, вона видає пронизливіший звук, і решта, почувши його, реагують відповідним чином.
У комах нерідка мімікрія - явище, коли цілком нешкідливі види маскуються під отруйних, жалких. У мух-бджоловидок та осовидок ця імітація зайшла ще далі: вони копіюють не лише зовнішній вигляд та забарвлення, а й звук, що видається бджолами та осами під час польоту. Так, літаюча оса робить 150 помахів в секунду, і мухи, що її наслідують, майже настільки ж - 145-147. Птахам і ссавцям ці звуки здаються однаковими, тоді як самі комахи їх чітко розрізняють. І ніколи муха не сплутає осу зі своєю родичкою і навпаки. Це дуже зручно: і свої дізнаються, і чужі бояться.
Особливо важливим є звук для громадських комах, чиї колонії живуть і функціонують як єдиний злагоджений організм. Для підтримки нормальної роботи такої складної структури у термітів, бджіл, мурах та деяких інших видів існують різні способи: «мови» запахів, жестів та, звичайно, звуків. Терміти, наприклад, попереджають один одного про небезпеку, що насувається, не тільки спеціальними речовинами - феромонами страху, а й особливими звуками. Трудяги-бджоли зазвичай не воюють, але якщо треба захистити будинок, вони видають крилами особливий звук, одночасно розповсюджуючи навколо себе «запах атаки», і дружно кидаються в бій. Звук для бджіл - і пропуск у вулик. Як ви вже знаєте, без нічого бджола робить близько 400-450 помахів в секунду, а несуча видобуток у вулик - близько 330. Для нашого вуха ця різниця майже невловима, а ось для бджолиних сторожів, що охороняють вулик, вона дуже помітна. І ці суворі охоронці нізащо не пропустять до хати бджіл, що повернулися порожняком. І вже тим більше не дозволять проникнути бджолам-мародерам, які замість того, щоб працювати над квітами, тільки й чекають на можливість вкрасти нектар у чужому будинку. Не менш важливий звук для передачі інформації бджолами-розвідниками. Під час своїх знаменитих танців вони повідомляють родичам, де і в якій кількості знаходяться квіти, сповнені бажаного нектару. Зоологи встановили, що їхня розповідь складається не тільки з рухів та запахів, але й супроводжується гудінням певної частоти.
Дізнавшись про роль звуку в житті комах, вчені почали намагатися використати ці знання на практиці. Наприклад, у 1948 р., через 70 років після спостережень. Максима, було зроблено спроби відлякувати комарів чи заманювати їх у пастку з допомогою звуків певної частоти. Це виявилося не так просто, тому що ці комахи можуть чути звук лише на дуже невеликій відстані. Але вчені продовжують працювати у цьому напрямі. Звуком вдавалося відганяти від полів голодну сарану. Апарати, звук яких покликаний відлякувати комарів, зараз з`явилися у продажу. Реклама, зрозуміло, розписує їхню ефективність, але далеко не всі споживачі погоджуються з цим. Всі ці розробки - тільки перші кроки, і дуже велика робота з з`ясування того, про що "говорять" та "співають" комахи, ще попереду.
ЛітератураДмитрієв Ю. Сусіди планетою. Комахи. - М.: Дитяча література, 1977.
Життя тварин. - М.: Просвітництво, 1984, т. 3.
Маріковський П. Юному ентомологу. - М.: Дитяча література, 1978.
Фабр П. Комахи. - М.: Світ, 1976.
Г.Н. Тихонова, об`єднання педагогічних видань «Перше вересня» (www.1september.ru)
