Félelmetes fülek: A rovarok hallásának különös világa

Egy kis, ablaktalan szobában egy tűző nyári napon szemtől szemben találom magam egy entomológiai rocksztárral. A kelet-angliai Lincoln Egyetemen vagyok, egy rovartárban, egy műanyag növényeket és szunyókáló rovarokat tartalmazó tartályokkal és befőttesüvegekkel bélelt helyiségben. Mielőtt észbe kapnék, egy Kolumbiából származó, élénkzöld katidát mutatnak be.

“Ismerd meg a Copiphora gorgonensis-t” – mondja Fernando Montealegre-Z, e hatlábú híresség felfedezője. A név ismerős: a rovar aranyszínű arcáról és miniatűr egyszarvú szarváról készült fotókkal együtt bejárta a világot. A katicabogár hírneve azonban nem a külsején, hanem a hallásán alapul. Montealegre-Z aprólékos tanulmányaiból kiderült, hogy a csodálatos rovarnak a miénkhez kísértetiesen hasonló füle van, a dobhártyák, a csigolyák és a csigolyák entomológiai változataival, amelyek segítik a hangok felfogását és elemzését.

A katicaféléknek – több ezer fajuk van – a legkisebb füleik vannak az összes állat közül, egy-egy a mellső lábukon, közvetlenül a “térd alatt”. Kis méretük és furcsának tűnő elhelyezkedésük azonban meghazudtolja e szervek kifinomult felépítését és lenyűgöző képességeit: a vadászó denevérek ultrahangos kattogásának érzékelésére, a leendő társak jellegzetes énekének felismerésére és a vacsora felkutatására. Egy ausztrál katicabogár nagyon fondorlatos módon használta ki hallási képességeit a zsákmány elfogására: A kabócák párzási duettjének nőstény részét utánozva csalogatja a hím kabócákat ütőtávolságon belülre – ez a trükk megköveteli, hogy felismerje az összetett hangmintákat, és pontosan felismerje, mikor kell beszállnia.

Félelmetes? Abszolút. Váratlan? Az is. Eddig nem sokat foglalkoztam a rovarok fülével. A rovarok szeme és csápja feltűnő, de a fülek? Még a sasszeműek is elgondolkodhatnak azon, hogy vajon a rovaroknak van-e fülük. Pedig nyilvánvaló, hogy néhányuknak hallaniuk kell: A nyári levegő tele van szerelmes tücskök és szöcskék, kabócák és katicák trilláival, ciripelésével és kattogásával, amelyek mind párra vágynak.

Kíváncsiságomat felkeltve felhívom Martin Göpfert neurobiológust a németországi Göttingeni Egyetemen, aki a Drosophila melanogaster gyümölcslégy hallását tanulmányozza. Elmondja, hogy bár a katidák füle lenyűgöző, de csak egy a sok közül, amelyeknek elképesztő képességei vannak: Az evolúció annyi kísérletet tett a fülek kialakítására, hogy az eredmény a szerkezetek és mechanizmusok óriási változatossága. A legtöbbjüket nehéz észrevenni, ha nem is láthatatlanok, és sok esetben a rovarok olyan hangokat produkálnak és érzékelnek, amelyek olyan messze túlmutatnak a mi hatókörünkön, hogy teljesen figyelmen kívül hagytuk a képességeiket. Az új eszközök és technológiák megjelenésével azonban egyre több példa kerül napvilágra.

Az érzékszervi biológusok, az akusztikai szakértők és a genetikusok együtt dolgoznak azon, hogy kiderítsék, hogyan működik mindez, hogyan és mikor alakultak ki, és miért. És néhány ilyen újonnan felfedezett tudásnak, valamint a fosszilis rovarok választékának köszönhetően még az a kínzó kilátás is felmerül, hogy képesek leszünk belehallgatni az ősi múltba, ami új dimenzióval bővíti néhány régen eltűnt állat életének és korának megértését.

Amikor a rovarok mintegy 400 millió évvel ezelőtt először megjelentek, süketek voltak, meséli Göpfert. Ezek az ősi rovarok aztán több mint 900 000 fajjá diverzifikálódtak, és bár a legtöbbjük ugyanolyan süket maradt, mint az őseik, néhányuk megszerezte a hallás képességét. A 30 fő rovarrendből (a legutóbbi számítások szerint) kilencben van halló faj, és a hallás néhány rendben többször is kifejlődött – a lepkék és a lepkék között legalább hatszor. A legkáprázatosabban változatos csoport, a bogarak 350 000 faja szinte mind süket, de az a néhány faj, amelyiknek van füle, két külön evolúciós vonalon keresztül szerezte meg azt. Összességében a rovarok füle több mint 20 különböző alkalommal alakult ki, ami a változatosság biztos receptje.

Fül, ott és mindenütt

A helymeghatározás a legnyilvánvalóbb különbség az egyik rovar füle és a másiké között: Fül van az antennákon (szúnyogok és gyümölcslegyek), az elülső lábakon (tücskök és katicák), a szárnyakon (csipkeszárnyak), a hasüregben (kabócák, szöcskék és sáskák) és azon, ami “nyaknak” számít (parazita legyek). A lepkék és lepkék körében a fülek gyakorlatilag bárhol előfordulnak, még a szájszervecskéken is. A hólyagos szöcskének rengeteg füle van, hat párral a hasa mentén. Az imádkozó sáskáknak egyetlen, “ciklopsz” fülük van a mellkasuk közepén.

Ez a bárhova-menő megközelítés kissé furcsának tűnhet, de van egy egyszerű magyarázat: Minden olyan esetben, amikor a rovarok füle kifejlődött, a kiindulópont egy már meglévő érzékszerv volt: egy nyújtásérzékelő, amely a szomszédos testrészek mozgásának apró rezgéseit figyeli. Ezek az érzékelők az egész rovartestben előfordulnak, de az evolúció jellemzően csak egyetlen párt módosított – úgy tűnik, szinte bármelyik párt -, hogy érzékelje a hang által keltett légrezgéseket.

A továbbiakban minden egyes újabb kísérlet a fül kovácsolására még inkább a saját irányába haladt, mivel más struktúrákat kooptáltak és alakítottak át a hang befogására, felerősítésére és szűrésére, a releváns információk kinyerésére és az idegrendszerhez való továbbítására. A szúnyogokban és a gyümölcslegyekben a hang hatására a finom antennaszőrök megremegnek. A legtöbb más halló rovarnak “dobhártyája” van: a külső váz vékony, hártyás foltjai rezegnek, amikor hanghullámok érik őket. Egyes dobhártyák mögött levegővel, mások mögött folyadékkal töltött akusztikus kamrák vannak. A rezgéseket érzékelő és dekódoló érzékelősejtek száma és elrendezése – és a jeleket az agyba továbbító idegsejtek – szintén fülönként eltérő. Így míg egyes lepkék füle mindössze egy vagy két neuron segítségével működik (így a lepkék a leggyorsabban reagálnak), addig egy hím szúnyog fülében körülbelül 15 000 van (így rendkívül érzékeny).

Egyik fül viszonylag egyszerű; másoknak az életmódjukhoz kapcsolódó extra csengettyűkkel és sípokkal van felszerelve. Vegyük például az Ormia ochracea nevű parazita legyet, amely lárváit egy adott tücsökfajon helyezi el, miután azonosította és megtalálta azt jellegzetes hívása alapján. A légy fülei egymás mellett ülnek a “nyakán”, és elméletileg túl közel vannak egymáshoz ahhoz, hogy pontosan meg tudja határozni a célpontját. A pontos helymeghatározásért mégis ők viszik a prímet, köszönhetően a dobhártyákat összekötő gumiszalagnak, így a dobhártyák hintáznak fel-le, mint egy hintaló, biztosítva, hogy a hang az egyik fülbe töredékével később érjen el, mint a másikba.

A katicafül, ahogy azt Montealegre-Z és munkatársai oly szépen bemutatták, egyedülálló mind összetettségében, mind az emlősökéhez való hasonlóságában. A tudósok egy mikro-CT-szkenner segítségével rekonstruálták a rovar teljes hallórendszerét, és eközben két eddig ismeretlen szervet fedeztek fel. Az első egy kis, kemény lemez a dobhártya mögött; a második egy folyadékkal teli cső, amely érzékelősejtek sorát tartalmazza. Aprólékos vizsgálatokkal, amelyek során lézerrel világítottak a dobhártyára és rögzítették a visszaverődő fényt, a csapat kimutatta, hogy a kis lemez a rovar dobhártyájának rezgéseit továbbítja a csőben lévő folyadék felé – ugyanezt a szerepet töltik be a mi középfülünkben lévő csontok. A jel ezután hullámszerűen halad végig a csövön és a különböző frekvenciákra hangolt érzékelősejteken – így ez a szerv a mi csiga alakú csigánk miniatűr, feltekert változata.

A csapat most továbbment, hogy megmutassa, miért olyan jók a nőstény katidák a párkeresésben a sötétben, annak ellenére, hogy a fülük közel van egymáshoz (nem olyan közel, mint az élősködő Ormia-é, de elég közel ahhoz, hogy a hangok pontos meghatározása komoly kihívást jelentsen). A mi füleink a (nagy) fejünk két oldalán helyezkednek el, és elég távol vannak egymástól ahhoz, hogy a hang elég különböző időben és hangerővel érje el őket ahhoz, hogy az agy kiszámítsa és lokalizálja a forrást.

A katicák úgy oldották meg a problémát (ismét egyedülálló módon), hogy megnagyobbítottak egy légzőcsövet, amely a mellkas oldalán lévő pórustól a térdig fut; a hang a testen kívülről és a csövön keresztül belülről is eléri a dobhártyát. Montealegre-Z és kollégái kimutatták, hogy a hang ezen a belső, hátsó úton lassabban halad – így minden hang kétszer, de kissé eltérő időben éri el a dobhártyát, ami drámaian javítja a rovar azon képességét, hogy megtalálja a forrást.

A katidák figyelemre méltó füle még nem árulta el minden titkát, és Montealegre-Z csapata most azt próbálja kideríteni, hogy a csiga rovar változatának receptorai hogyan választják ki a különböző frekvenciákat. A vizsgálat sztárja a Phlugis poecila, egy “kristály” katicabogár, amelyet átlátszó külső hámjáról neveztek el, ami lehetővé teszi a csapat számára a folyamatok rögzítését és mérését. “Képesek leszünk megfigyelni a hallást munka közben, és eddig soha nem látott folyamatokat láthatunk” – mondja Montealegre-Z.

Ha az, ahogyan a rovarok hallanak, rendkívül eltérő, akkor az is, amit hallanak. A szúnyogok füle talán egy méterre jó, a sokfülű hólyagos szöcske egy kilométerről vagy még messzebbről is hall. A tücskök füle alacsony frekvenciákat érzékel; a sáskák és a lepkék füle ultrahangra van hangolva, ami messze túlmutat mindenen, amit az ember (vagy a kutyája) hall. Megint mások, például a katicáké, szélessávú hallással rendelkeznek. “A rovarok csak azt hallják, amit hallaniuk kell” – mondja Göpfert. “Az evolúció pedig megadta, ami szükséges volt.”

De mi késztette az evolúciót arra, hogy a nyúlványreceptorokat egyáltalán füllé alakítsa, és így a hangot a rovarok világába hozza? Ez a kérdés még mindig sok entomológust foglalkoztat. Egy ésszerű útmutatás az, ahogyan a rovarok ma használják a fülüket, de ez csak egy útmutatás, mivel egy eredetileg egy célra szerzett fül könnyen lehet, hogy az évezredek során más célokra használták fel. Egy dolog biztos: Ahogy a biológusok egyre több rovarcsoportot vizsgálnak meg részletesebben, néhány régóta fennálló elképzelés talán a porba fog harapni.

Egy fül a veszélyre

A modern rovaroknál a fül egyik elsődleges funkciója az, hogy időben meghallja egy ragadozó közeledtét, és időben cselekedjen, hogy elkerülje azt. Az éjszaka repülő rovarok számára a legnagyobb veszélyt a rovarevő denevérek jelentik, amelyek ultrahangos szonárral érzékelik és követik a zsákmányt, ezért hallásuk a denevérek echolokációs kattogásának frekvenciájára van hangolva. A rovarok ezután jellegzetes mozdulatokkal válaszolnak, hogy elkerüljék a szonárnyalábot: éles fordulókkal, hurok-hurokkal, levegő-föld energia-merüléssel. Egyes tigrislepkék még saját kattogásaikkal is zavarják a denevérszonárt. Kísérletek kimutatták, hogy a denevér-érzékelő fülek drámaian javítják a rovarok esélyeit a támadás túlélésére: Egy vizsgálatban a sáskák a denevértámadások 76 százalékát megúszták, de ez a szám 34 százalékra csökkent, amikor megsüketítették őket.

Ha a ragadozás az evolúció erőteljes hajtóereje, akkor a szex is az. A hang pedig hatékony módja annak, hogy a rovarok azonosítani tudják magukat a leendő párjuk számára: A hang jól terjed, sötétben is működik, és olyan jellegzetes énekeket és privát kommunikációt tesz lehetővé, amelyet senki más nem hallhat.

Szóval, sikeres szex vagy túlélés? Melyik rejlik kinek a füle mögött?

Egyes esetekben a kutatók eléggé biztosak benne. Úgy tűnik, hogy a kabócák párzási céllal fejlesztették ki a hallásukat: Csak az éneklő fajoknak van fülük, és ezek csak a saját mély hangú énekükre érzékenyek. A lepkéknél a denevérek voltak a kiváltó okok. A lepkék mintegy 150 millió éve élnek, de a lepkéknek mégsem volt fülük, mielőtt mintegy 60 millió évvel ezelőtt megérkeztek a színhelyre a visszhangot észlelő denevérek. És sok füles lepke csak a helyi denevérek által használt frekvenciákra érzékeny – ami erős bizonyíték arra, hogy a fülek denevérdetektorként fejlődtek ki.

Mit kezdjünk azonban a sáskával, a ciklopszfül tulajdonosával? Ma úgy tűnik, hogy a sáskák kizárólag denevérdetektorként használják a fülüket. A rovartanászok azonban ma már hatalmas mennyiségű adattal rendelkeznek a sáskafülek változatos anatómiájáról és egy pontos DNS-alapú sáskacsaládfával, amelyből visszavezették az eredeti sáskafüleket. Ez egy olyan fajhoz tartozott, amely 120 millió évvel ezelőtt élt, vagyis sokkal korábban, mint azok a szonárral irányított denevérek. Egyre több bizonyíték van arra, hogy a denevéreken kívül más ragadozók is ösztönözhették az ő és néhány más rovar fülének evolúcióját – talán hüllők, vagy madarak, vagy korai emlősök. Az aljnövényzetben mozgó, a sziklákon csattogó vagy egy lombos ágra leszálló állatok ritkán csendesek. Az általuk keltett zajok hallható és ultrahangos elemeket is tartalmaznak.

A 150 millió éve létező repülő madarakat egyre inkább versenyzőnek tekintik. Úttörő kutatásuk során kanadai biológusok rögzítették a csicsergők és a keleti fácánok szárnycsapásai által keltett hangokat, amikor a rovarok prédájára támadtak, és megállapították, hogy a szárnycsapások a rovarok által érzékelhető frekvenciák széles skáláját tartalmazzák, a kabócák, pillangók és szöcskék által hallható mély hangoktól a lepkék és sáskák által érzékelt ultrahangokig.

És mi a helyzet a katidákkal, a legősibb fül birtokosaival? A modern katidák a fülüket kommunikációra és denevérdetektorként is használják. De a katidák hangkeltő készüléke a kövületeken keresztül visszavezethető egy korai őstípushoz, amely 250 millió évvel ezelőtt élt, jóval a denevérek előtt. Az uralkodó elmélet tehát eddig az volt, hogy a katidák fülének evolúciója némi fordulatot vett. A fülek eredeti funkciója az volt, hogy lehetővé tegyék a katidák számára egymás hallását, később pedig a gondolkodás szerint a fülek denevérdetektorként szolgáltak. Ez ahhoz vezetett, hogy a hallásuk a hallható tartományból (20 kHz alatt) az ultrahangos tartományba (az emberi fül hatósugarán kívülre) terjedt ki – ez pedig lehetővé tette a katidák mai összetettebb, magasabb hangú dalainak kialakulását. Ma a katidáknak csak egy kisebb része énekel a hallható tartományban, míg körülbelül 70 százalékuknak van ultrahangos éneke, néhányuknak pedig rendkívül magas hangmagasságú éneke. Az eddigi rekordtartó a nemrég felfedezett Supersonus aequoreus, amely elképesztő 150 kHz-es frekvencián szólal meg.

De vajon igaz-e ez a történet? A válaszhoz a tudósoknak tudniuk kellett, mit hallottak a katidák a távoli múltban, és ehhez alaposan meg kellett vizsgálniuk a katidák fosszíliáit. A megkövesedett fülek önmagukban nem túl informatívak: Ritkák, és szerkezetük nehezen kivehető. De van egy másik módja is annak, hogy a hallásról tudomást szerezzünk: a megkövesedett katidaszárnyakon található hangtermelő reszelő- és kaparóapparátus részletes anatómiájából. “Ezek a struktúrák sokkal nagyobbak és tisztábbak, és ezek segítségével nagyon pontosan rekonstruálhatjuk az általuk kibocsátott hangot” – mondja Montealegre-Z -, és ebből következtethetünk arra, hogy mit hallhattak a katidák.

Blast from the past

2012-ben Montealegre-Z és a Bristoli Egyetem bioakusztikai szakértője, Daniel Robert címlapokra került, amikor ezzel a megközelítéssel rekonstruálták egy katidának a jura korból származó énekét, egy 165 millió éve nem hallott hangot. Ezt az tette lehetővé, hogy felfedeztek egy kínai fosszilis katidát, amelynek szárnyai szinte tökéletesen megmaradtak. Az Archaboilus musicus, ahogy a kihalt rovart elnevezték, 6,4 kHz körüli frekvencián “énekelhetett” zenei éneket, ami inkább hasonlított egy tücsökre, mint egy modern katidára. Ez jól illeszkedik abba a történetbe, miszerint a katicák először a hallást fejlesztették ki a kommunikációhoz.

Azóta azonban a kutatócsoport további fosszilis katidákat tanulmányozott, és amit találtak, azt sugallja, hogy az elmélet talán felülvizsgálatra szorul. Úgy tűnik, hogy egyes ősi katidák már jóval a denevérek létezése előtt használták az ultrahangot, mondja Montealegre-Z. A katydidák sokkal szélesebb frekvenciatartományt is hallanak, mint amire csak önmaguk hallásához lenne szükségük. Szerinte ez arra utal, hogy a fülük először nem az énekléshez, hanem – a sáskákhoz hasonlóan – az önfenntartáshoz fejlődött ki. “Szerintem a fülük azért fejlődött ki, hogy meghallják a ragadozókat” – mondja nekem. “A ragadozók sokféle hangot adnak ki, ezért a fülnek képesnek kell lennie arra, hogy kiválassza őket”.

Ha az ehhez hasonló vizsgálatok segítenek feltárni a rovarok hallásának evolúciós történetét, akkor valami mást is ígérnek: lehetőséget adnak arra, hogy belehallgassunk a régmúltba, és új betekintést nyerjünk a rovarok viselkedésébe. Emellett türelmetlenné tettek a jövő nyárra és a lehetőségre, hogy új szemmel – és füllel, különösen füllel – fedezzem fel az itteni lankás krétadombok gazdag rovarvilágát.

Nyáron a Sussex Downs fölött a levegő a rovarok hangjának szimfóniájától elevenedik meg, ahogy a szöcskék és katicák csiripelnek, zümmögnek és kattognak a szerelem keresésében. Ha a végsőkig feszítem a fülemet, talán ki tudom venni egy nagy zöld katicabogár varrógép-zörgését vagy egy kúpfejű lágy sziszegő énekét, és ha nagyon szerencsés vagyok, talán még az Egyesült Királyság legritkább katicabogárának, a szemölcsharapónak a gyors kattogását is. De mennyi mindenről maradok még le? Sokat adnék azért, hogy olyan füleim legyenek, amelyek képesek kiszűrni a tudósok által összeállított dalokat és hangokat, amelyeket azonban csak a rovarok hallanak.