В процессе эволюции у насекомых развились разнообразные органы слуха, специализирующиеся на обнаружении звуков, важных для выживания. Недавно была обнаружена связь уникальной конструкции крыльев бабочки, которая способствует улучшению слуха.
Сатирини - это разнородная группа бабочек, встречающаяся по всему миру. Одной из отличительных черт этой группы является заметная припухлость их передних вен, но функциональное значение этой структуры неизвестно. Исследование показало, что инфляция крыловых вен действует на слух бабочки.
Используя обыкновенную древесную нимфу, Cercyonis pegala в качестве модели было доказано, что у этих бабочек есть уши на передних крыльях, которые наиболее чувствительны к низкочастотным звукам (менее 5 кГц); надутые вены крыла непосредственно связаны с ушами; и при удалении венозных инфляций снижается чувствительность к низкочастотным звукам.
Насекомые обладают богатым разнообразием органов слуха, которые выполняют различные задачи, включая поиск партнеров, уклонение от хищников и координацию социальных взаимодействий. Для решения этих задач насекомым необходимо оценить амплитуду, частоту и временные характеристики звуков. Небольшой размер насекомых создает трудности для решения этих задач, и поэтому уши насекомых приобрели уникальные специализации. В частности, надутые крыловые вены у бабочек способствуют улучшению слуха.
Satyrinae - это большое подсемейство из примерно 2400 видов бабочек, принадлежащих к семейству Nymphalidae. Многие сатирины обладают ушами у основания передних крыльев, но мало, что известно об особенностях их слуха. Отличительной чертой Satyrinae, особенно внутри племени Satyrini, является заметная «раздутая», «расширенная» или «опухшая» вена на каждом переднем крыле.
Ученые предположили, что эта структура влияет на слух, основываясь на ее морфологической близости к уху и известной функции воздушных полостей в ушах насекомых.
Используя сатирини, обыкновенную древесную нимфу (Cercyonis pegala), была описана морфология барабанной перепонки и охарактеризованы ее вибрационные свойства. Затем была проверена гипотеза о том, что опухшие крыловые вены функционируют при настройке и чувствительности реакции барабанной перепонки на звук.
Барабанные перепонки были впервые описаны у бабочек Сатирини более 100 лет назад, но до сих пор не были изучены параметры настройки этих ушей.
Результаты дневного вида Satyrini, C. pegala , показывают, что барабанная перепонка широко настроена на низкочастотные звуки (менее 7 кГц). Чувствительность к низкочастотным звукам совпадает с одним поведенческим исследованием видов Satyrini Erebia euryale и E. manto (125 Гц – 16 кГц), а также нейрофизиологическими исследованиями видов, не относящихся к Satyrini, Caligo eurilochus (1–4 кГц) и Morpho peleides. (1-5 кГц). Функциональное значение слуха у бабочек до конца не изучено, но имеющиеся на сегодняшний день данные указывают на то, что они обнаруживают звуки хищников, в том числе полет птицы, и другие звуки, которые перекрываются со слуховой чувствительностью бабочек.
Хотя результаты исследований однозначно подтверждают гипотезу о том, что раздутые вены функционируют для улучшения слуха за счет повышения чувствительности к низкочастотным звукам, ряд деталей еще предстоит выяснить.
Ухо может функционировать как приемник давления или разности давлений, поскольку звук может достигать мембраны барабанной перепонки только по внешнему пути или может иметь еще не обнаруженный путь. Надутые вены могут способствовать слуху путем согласования акустического импеданса, в результате чего объем воздуха, захваченного внутри надутого уха, позволит уху реагировать на низкие частоты, которые в противном случае компенсируются отсутствием градиента.
Сотовидные структуры внутри раздутой вены могут также способствовать улучшению слуха, возможно, функционируя в качестве амортизатора реакции мембраны, как сотовые сэндвич-панели в зданиях, чтобы обеспечить потерю передачи шума.
Результаты показывают, что раздутые вены дают бабочкам уникальный механизм настройки слуховой частоты с необычно «плоскими» частотными характеристиками, которые могут иметь значение для новой акустической технологии.
Это исследование решает вековую загадку относительно функции надутых вен крыльев у бабочек. Мы показываем, что они функционируют на слух. Мелкие насекомые сталкиваются с физическими проблемами при прослушивании низких частот. Таким образом, инфляция вены может происходить и у других более мелких видов бабочек. И наоборот, инфляция вен может развиваться у видов, которые выигрывают от усиленного низкочастотного слуха, возможно, из-за различий в среде обитания или хищниках.