すごい耳。

蒸し暑い夏の日、窓のない小さな部屋で、私は昆虫学のロックスターと対面していることに気づきました。 イギリス東部にあるリンカーン大学の昆虫飼育室。プラスチック製の植物や昆虫の入ったタンクや瓶が並ぶ部屋だ。 気がつくと、コロンビア産の鮮やかな緑色のキリギリスが紹介されていた。

「Copiphora gorgonensisを紹介します」と、この6本足の有名人の発見者であるフェルナンド・モンテアレグレス-Zは言う。 この名前は、この昆虫の金色の顔とミニチュアのユニコーンの角の写真とともに、世界中に知れ渡っているのです。 しかし、このカブトムシの名声は、その外見ではなく、聴覚にある。 Montealegre-Z氏の綿密な研究により、この昆虫の耳は、鼓膜、耳小骨、蝸牛を昆虫学的に再現し、音を拾って分析するために、人間と全く同じであることが判明したのです。

キリギリス（数千の種がある）は、あらゆる動物の中で最も小さな耳を持っており、それぞれの前脚の「膝」のすぐ下に1つずつ付いています。 しかし、その小さなサイズと一見奇妙な位置は、この器官の洗練された構造と素晴らしい能力を裏付けています。狩りをするコウモリの超音波クリックを検知し、見込みのある相手の特徴的な歌を聞き分け、夕食の場所にたどり着くのです。 オーストラリアのあるキリギリスは、この聴覚の能力を利用して、非常に巧妙な方法で獲物を捕らえることに成功した。 セミの交尾の雌の鳴き声を真似ることで、オスのセミを至近距離に誘い込むのだ。この芸当には、複雑な音のパターンを認識し、いつ鳴くべきかを正確に判断することが求められる。

すごい？ もちろんです。 予想外？ それもあります。 今まで虫の耳を意識したことはありませんでした。 昆虫の目や触角は目立つけど、耳は？ 虫に耳なんてあるのだろうかと、いくら鷹揚な人でも思うだろう。 しかし、耳はあるに違いない。 夏の空気は、コオロギやキリギリス、セミやキリギリスが仲間を呼ぼうとする「チリン、チリン、カチリン」という鳴き声で満たされている。

好奇心を刺激されて、ショウジョウバエの聴覚を研究するドイツ、ゲッティンゲン大学の神経生物学者、マーティン・ゲップフェルトに電話をかけました。 蟋蟀の耳も素晴らしいが、これは驚くべき能力を持つ多くの生物の一つに過ぎない」と彼は言う。 進化は耳を形成するために非常に多くの試みを行い、その結果、非常に多様な構造とメカニズムが生まれました。 また、昆虫が出す音は、私たちの知覚範囲をはるかに超えているため、私たちはその能力を完全に見落としている場合が少なくありません。 しかし、新しい道具や技術の出現により、これまで以上に多くの事例が明らかになってきている。

感覚生物学者、音響学の専門家、遺伝学者が協力し、それらがどのように機能し、いつ、どのように進化し、なぜそうなったのかを突き止めようとしているのです。 そして、この新しい発見と昆虫の化石のおかげで、太古の昔を盗み聞きすることができ、長い間姿を消した動物の生活と時代についての理解に新しい次元を加えることができるかもしれないという、心躍る期待さえあるのです。

約4億年前に初めて昆虫が出現したとき、彼らは耳が聞こえなかったとゲップファート氏は教えてくれました。 この祖先の昆虫はその後、90万種以上に多様化し、ほとんどが祖先と同じように耳が聞こえないままですが、中には聞く手段を得たものもいます。 30の主要な昆虫目のうち、9つ（最新の計算では）は聴覚を持つものがあり、聴覚はいくつかの目において複数回進化しており、蝶と蛾においては少なくとも6回進化している。 最も多様性に富む甲虫類の35万種は、そのほとんどが聴覚を持たないが、耳を持つ少数の種は、2つの別々の進化経路を経て耳を獲得している。 つまり、昆虫の耳は20回以上も進化を繰り返して誕生したのである。

耳はどこにでもある

ある昆虫の耳と別の昆虫の耳の最も明白な違いは、その位置である。 触角（蚊やミバエ）、前脚（コオロギやキリギリス）、翅（ヒグラシ）、腹部（セミ、バッタ、イナゴ）、そして「首」と呼ばれる部分（寄生バエ）に耳があるのだそうです。 蛾や蝶の場合、耳はほとんどどこにでもあり、口器にさえある。 ブラッドバッタは腹部の側面に6対の耳があり、豊富である。

このどこでも行けるというアプローチは、少し奇妙に思えるかもしれませんが、簡単な説明があります。 昆虫の耳が進化したすべてのケースで、出発点は既存の感覚器官である、隣接する体節が動くときの小さな振動を監視する伸張検出器でした。 これらの検出器は昆虫の体全体に存在するが、進化は通常、音によって発生する空気中の振動を感知するために、一対のもの（どうやらほとんど一対のものらしい）を修正するだけである。

それ以降、耳を作る新しい試みは、音を捕らえ、増幅し、フィルターをかけ、関連する情報を抽出し、神経系に伝えるために、他の構造を共用して再構成するたびに、さらに独自の方向へと進んでいったのです。 蚊やミバエの場合、音によって触角の細い毛が震える。 他のほとんどの聴覚昆虫は「鼓膜」を持っている。これは、外骨格の薄い膜状のパッチで、音波が当たると振動する。 鼓膜の裏側には、空気で満たされた音響室があるものと、液体で満たされた音響室があるものがある。 また、振動を感知して解読する感覚細胞や、その信号を脳に送る神経細胞の数や配置も、耳によって異なる。 そのため、蛾の耳は 1、2 個のニューロンで機能するものもありますが（蛾は最も反応が速い）、蚊のオスの耳は約 15,000 個もあり（非常に敏感）、比較的単純な耳もあれば、ライフスタイルに関連した特別なベルやホイッスルを備えている耳もあります。 例えば、コオロギに寄生するハエOrmia ochraceaは、その特徴的な鳴き声からコオロギの種類を特定し、幼虫をその場所に寄生させる。 このハエの耳は「首」に並んで付いており、理論的には近すぎて標的を特定することができない。 しかし、鼓膜をつなぐゴムバンドがシーソーのように上下に揺れ、音が片方の耳からわずかに遅れて届くようになっているため、正確な位置を特定することができます。

モンテアレグリーZ氏らが見事に実証したキリギリスの耳は、その複雑さと哺乳類との類似性の両方においてユニークである。 マイクロCTスキャナーを使って、昆虫の聴覚システム全体を再構築し、その過程で、これまで知られていなかった2つの器官を発見したのです。 1つは鼓膜の後ろにある小さな硬い板で、もう1つは感覚細胞の列を含む液体の入った管である。 研究チームは、鼓膜にレーザーを照射し、跳ね返ってくる光を記録するなどして丹念に調べた結果、この小さな板が昆虫の鼓膜の振動をチューブ内の液体に伝えていることを突き止めた。 この信号は、チューブに沿って波状に伝わり、異なる周波数に調整された感覚細胞の上を通過する。この器官は、私たちのカタツムリ型蝸牛を小型化したものである。

研究チームは今回、メスのカタツムリの耳が近くにあるにもかかわらず（寄生虫のオルミアほどではないが、音を正確に聞き分けるのが難しいほど近い）、暗闇で相手を見つけるのが非常に上手い理由を明らかにしました。 私たちの耳は（大きな）頭の両側にあり、音が届く時間や大きさが異なるため、脳が計算して音源を特定するのに十分な距離がある。

カタユウレイボヤは、胸の横の孔から膝まで続く呼吸管を大きくすることで、この問題を（これもまたユニークな方法で）解決しました。 Montealegre-Z氏らは、音がこの内側にある裏ルートをよりゆっくりと進むことを示しました。そのため、それぞれの音が鼓膜に2回当たりますが、そのタイミングはわずかに異なり、昆虫が音源を特定する能力が劇的に改善されました。 この研究の主役は、Phlugis poecilaという「クリスタル」と呼ばれるキリギリスで、外皮が透明であることから、その過程を記録・測定できるのが特徴である。 「私たちは、聴覚が働く様子を観察し、これまで見られなかったプロセスを見ることができるでしょう」とMontealegre-Z教授は語っている。

昆虫の聴覚が非常に多様なら、その聴覚もまた多様である。 蚊の耳は1メートルくらいですが、多聞バッタは1キロ以上離れたところでも聞こえます。 コオロギの耳は低周波を感知し、カマキリや蛾の耳は人間（やその飼い犬）が聞き取ることのできない超音波に調整されている。 また、カマキリのように広帯域の聴覚を持つものもいる。 「昆虫は必要なものだけを聞いているのです」とゲップファート氏は言う。 「そして、進化は必要なものを提供したのです」。

しかし、何が進化を駆り立てて、そもそも伸張受容器を耳に変え、昆虫界に音をもたらしたのでしょうか？ これは多くの昆虫学者の頭を悩ませている問題である。 というのも、もともとある目的のために獲得された耳は、長い年月をかけて簡単に別の目的に使われるようになったかもしれないからだ。 しかし、ひとつだけ確かなことがある。 生物学者がより多くの昆虫のグループをより詳細に調査するにつれて、長年にわたって信じられてきた観念が埃をかぶるかもしれない。

危険を察知する耳

現代の昆虫において、耳の主な機能の1つは、捕食者の接近を聞き取って行動を起こし、それを回避するのに間に合わせることである。 夜間飛行する昆虫にとって最大の脅威は、超音波ソナーで獲物を探知・追跡する食虫コウモリであり、そのため彼らの聴覚はコウモリのエコーロケーション・クリックの周波数に同調しているのである。 そのため、昆虫はソナーから逃れるために、急旋回、ループ・ザ・ループ、空中からのパワーダイブなど、特徴的な動きをする。 ある種のタイガーモスは、自分自身のクリック音でコウモリのソナーを妨害することさえある。 コウモリの耳があれば、昆虫が攻撃から生き残る可能性が飛躍的に高まることが実験的に示されている。

捕食が進化の強力な推進力であるなら、セックスもまた然りです。 そして、音は昆虫にとって、見込みのある相手に自分を識別するための効率的な方法です。 音はよく伝わり、暗闇で機能し、他の誰にも聞こえない特徴的な歌や私的なコミュニケーションを開発する手段を提供します。

では、セックスの成功か生存か？ どちらが誰の耳の後ろにあるのでしょうか？

いくつかのケースでは、研究者は合理的に確信している。 セミは交尾のために聴覚を進化させたようです。 セミは交尾のために聴覚を進化させたようです。歌を歌う種にのみ耳があり、彼らは自分の低い音にのみ敏感です。 蛾の場合は、コウモリがきっかけでした。 鱗翅目（りんしもく）は1億5千万年前に誕生したが、約6千万年前に聴覚を持つコウモリが登場するまでは、耳を持つ蛾はいなかった。 そして、耳のある蛾の多くは、その地域のコウモリが使う周波数にのみ敏感で、耳がコウモリの探知器として進化したことを示す強力な証拠となるのです。

では、サイクロペア耳の持ち主であるカマキリはどうでしょうか。 現在では、カマキリはその耳をもっぱらコウモリの探知機として使っているようです。 しかし、昆虫学者たちは、カマキリの耳の多様な解剖学的構造に関する膨大なデータと、DNAに基づく正確なカマキリ家系図を手に入れ、そこからカマキリの耳の原型を突き止めたのである。 この耳は1億2000万年前に生息していたもので、ソナーで誘導するコウモリよりもむしろ早期のものである。 コウモリ以外の捕食者が、爬虫類や鳥類、あるいは初期の哺乳類などの昆虫の耳の進化に拍車をかけたかもしれないという証拠が増えてきているのだ。 下草の中を移動したり、岩の上をパタパタと歩いたり、葉の落ちた枝に降り立つ動物が、無音であることはまずない。 彼らが発する音には、可聴音と超音波の要素がある。

1億5000年前から存在する飛ぶ鳥も、ますます候補の一つとして考えられています。 カナダの生物学者たちは、ヒヨドリやカツオドリの羽音が、昆虫の獲物に近づくときに発する音を録音した。その結果、羽音には、セミやチョウ、バッタに聞こえる低い音から、ガやカマキリに聞こえる超音波まで、昆虫が感知できるさまざまな周波数が含まれていることがわかったのである。

最も古い耳を持つ蟋蟀はどうだろうか。 現代の蟋蟀はその耳をコミュニケーションとコウモリ探知機の両方に使っている。 しかし、蟋蟀の音を出す装置は、化石記録をたどると、コウモリが出現するよりもずっと前の2億5000万年前に生きていた初期のタイプの祖先にたどり着くことができます。 つまり、カタユウレイボヤの耳は、いくつかの進化を経てきたというのがこれまでの定説であった。 蟋蟀の耳は、当初は蟋蟀同士が互いの声を聞き合うためのもので、その後、その耳がコウモリの探知器として使われるようになったという考え方である。 その結果、聴覚は可聴域（20kHz以下）から超音波域（人間の耳には届かない）へと拡大し、現在のような複雑で高音な鳴き声へと進化を遂げたのだ。 現在、可聴域で鳴くのはごく一部で、約70％が超音波で、ごく一部が非常に高い音で鳴いている。 今のところ、記録保持者は最近発見されたSupersonus aequoreusで、150 kHzという驚くべき高さで鳴く。

しかし、その話は正しいのだろうか？ その答えを得るために、科学者たちは遠い過去にカツオブシムシが何を聞いていたのかを知る必要がありました。 耳の化石はそれ自体、あまり参考にならない。 耳の化石は珍しいし、その構造もよくわからない。 しかし、蟋蟀の羽の化石にある音を出すヤスリとスクレーパーの装置の詳細な解剖学的構造から、聴覚を理解する別の方法がある。 「これらの構造ははるかに大きく鮮明で、それを使って、彼らが発する音を非常に正確に再現することができます」と、Montealegre-Z 氏は述べています。 それを可能にしたのは、翅がほぼ完全に保存された中国の蟋蟀の化石の発見であった。 Archaboilus musicus」と名付けられたこの昆虫は、6.4 kHz前後の周波数で音楽を「歌う」ことができ、現代のキリギリスというよりはコオロギのような鳴き声をしていたという。 これは、蟋蟀が最初にコミュニケーションのために聴覚を進化させたという話とうまく合致します。