Sygnały małżeńskie bugów wodnych są głośniejsze niż u delfinów i wielorybów • Barbara Vedenina • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • Biologia

Wodne pluskwy sygnalizują głośniej niż delfiny i wieloryby

Błąd słodkowodny Micronecta scholtzi. Obraz z bbc.co.uk

Naukowcy z Francji i Szkocji odkryli najgłośniejszego śpiewaka zwierząt. Okazało się, że to błąd słodkiej wody Micronecta scholtzi 2,3 mm z rodziny rybekowatych (Corixidae), szeroko rozpowszechniony w Europie. Samce tego gatunku robactwa przyciągają samice, emitując sygnały akustyczne o maksymalnej intensywności 99,2 dB w odległości 1 m. Jeśli ponownie obliczysz energię akustyczną w stosunku do wielkości ciała, wówczas M. scholtzi sprawia, że ​​najgłośniejsze dźwięki wśród zwierząt lądowych i dźwięki są porównywalnie intensywne z kilkoma najgłośniejszymi przedstawicielami fauny wodnej. Autorzy sugerują, że taki sygnał małżeństwa może wystąpić pod wpływem doboru płciowego w przypadku braku nacisku ze strony drapieżników.

Wiele zwierząt wykorzystuje komunikację akustyczną, aby przyciągnąć osoby odmiennej płci. Z reguły samce emitują tak zwane sygnały wywoławcze, a przed samicami zadanie polega na rozpoznawaniu sygnałów własnego gatunku na tle licznych zakłóceń dźwiękowych. Zakłócenia obejmują zarówno niespecyficzne odgłosy (czynniki abiotyczne i antropogeniczne), jak i specyficzne, na przykład dźwięki innych gatunków zwierząt emitowanych jednocześnie.

Wydawanie głośnego i klarownego sygnału nie jest łatwym zadaniem nawet w przypadku sztucznych systemów dźwiękowych. W świecie zwierząt istnieje wiele ograniczeń, które utrudniają optymalizację dźwięku. Jednym z tych ograniczeń jest rozmiar ciała. Dla małych zwierząt trudniej jest wydawać głośne dźwięki niż dla dużych zwierząt. Im większy emiter, tym skuteczniej generuje fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości, które z kolei mają tendencję do propagowania większej odległości niż fale o wysokiej częstotliwości.

Zatem częstotliwości dźwięków emitowanych przez małe zwierzęta, takie jak owady, zwykle leżą powyżej 2 kHz i często wchodzą w rejon ultradźwięków (powyżej 20 kHz). Sygnały dźwiękowe zwierząt rzadko są pakietami czystych tonów (to jest dźwiękiem o tej samej częstotliwości). Najczęściej ich widma są ciągłym rozkładem wartości w określonym zakresie częstotliwości, ale spośród tych wartości rozróżnia się jeden lub kilka szczytów (częstotliwości dominujące). Na przykład na rys. 1 pokazuje zależność długości ciała od dominującej częstotliwości dźwięku wytwarzanego przez pluskwy. Można zauważyć, że ta zależność jest odwrotna: im mniejszy owad, tym wyższa dominująca częstotliwość sygnału akustycznego.

Ryc. 1. Związek między długością ciała różnych rodzajów błędów wody i dominującą częstotliwością emitowanych przez nie dźwięków. Rysunek z artykułu Theiss, 1982

Komunikacja akustyczna w organizmach lądowych i morskich była intensywnie badana w ostatnich dziesięcioleciach. Znacznie mniej zbadano odgłosy zwierząt słodkowodnych. Specjaliści z Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu i University of Glasgow (Szkocja) byli zaskoczeni tym, że znaleźli błąd Micronecta scholtzi z rodziny Corixidae (wioślarstwo) o wielkości 2,3 mm, powszechnej w rzekach i stawach wokół Paryża, jest w stanie wydawać tak głośne dźwięki, że można je usłyszeć stojąc na brzegu rzeki lub stawu.

W analizie akustycznej robaki zebrane w naturze trzymano w plastikowych pojemnikach o wymiarze 22 × 11 × 17 cm. Przed rejestracją sygnałów grupa pięciu osób M. scholtzi umieszczone w pojemniku z siatki. Ten pojemnik siatkowy z kolei umieszczono w środku dużego plastikowego naczynia o wymiarach 46 × 30 × 17 cm, o głębokości wody 8 cm, a dno dużego naczynia pokryto żwirem. Temperatura wody wynosiła 23-24 ° C. Hydrofon znajdował się na dnie pojemnika z siatki. Sygnały z hydrofonu przez wzmacniacz trafiły do ​​cyfrowego rejestratora taśmowego Marantz PMD 671 (częstotliwość sygnałów digitalizacyjnych 48 kHz).Niemożliwe jest odróżnienie samców od samic w tych błędach bez dodatkowych mikromanipulacji, więc obliczenie było takie, że co najmniej jeden samiec byłby w grupie pięciu osobników. Nawet jeśli kilka samców śpiewało w tym samym czasie, nie śpiewały synchronicznie, dlatego w przyszłości możliwe było odizolowanie sygnału każdego samca za pomocą programów Avisoft SAS Lab Pro i seewave.

Ryc. 2 Połączenie męskie Micronecta scholtzi. Powyżej – spektrogram (zmiana częstotliwości dźwięku z czasu), poniżej – oscylogram (zmiana amplitudy dźwięku z czasem). Kolory na spektrogramie wskazuje inny poziom ciśnienia akustycznego. Rysunek z omawianego artykułu w PLoS ONE. Tutaj możesz słuchać dźwięku

Zmierzony poziom ciśnienia akustycznego M. scholtzi, w porównaniu z wartościami znanymi dla 227 gatunków różnych zwierząt (dwa gatunki gadów, trzy gatunki ryb, 24 gatunki ssaków, 29 gatunków ptaków, 46 gatunków płazów i 123 gatunki owadów stawonogów). Dane dotyczące ciśnienia akustycznego w literaturze są zwykle podawane w decybelach (dB). Ponieważ rejestracja sygnałów różnych typów była przeprowadzana w różnych odległościach od mikrofonu, dla porównania z sygnałami M. scholtzi, zapisane w odległości 1 m, dane z literatury zostały przeliczone na bezwzględne wartości ciśnienia w paskach (Pa), a następnie przekształcone na wartości względne w odległości 1 m według wzoru:

dBSPL @ 1m = Y – 20 × log10(1/d),

gdzie Y – początkowy poziom ciśnienia akustycznego w dB, mierzony na odległość d.

Ponieważ dB jest wartością logarytmiczną, zależność między ciśnieniem akustycznym a wielkością ciała oszacowano jako regresję SPL na logarytmie długości ciała zwierzęcia.

Sygnał dźwiękowy M. scholtzi składa się z przemienności kilku cichszych i dłuższych elementów oraz jednego głośniejszego i krótszego elementu (ryc. 2). Okres powtarzania takiego cyklu wynosi około 1 s. Na spektrogramie widać, że zakres częstotliwości sygnału zmienia się od 5 do 22 kHz. Według autorów częstotliwość dominująca wynosi średnio 10 kHz. Spektrogram pokazuje również, że częstotliwość sygnału nie zmienia się wraz z upływem czasu, czyli nie ma modulacji częstotliwości.

Ryc. 3 Regresja między rozmiarem ciała a poziomem ciśnienia akustycznego gruntu (kubki) i wodę (kwadratya) zwierzęta. Trzy gatunki zwierząt (z łacińskimi nazwami) zajmują ekstremalne wartości. Pokazana jest regresja liniowa ciągła linia. Ta analiza obejmowała 57 gatunków stawonogów i jeden gatunek ryb. Rysunek z omawianego artykułu wPLoS ONE

Wynik regresji ciśnienia akustycznego na wielkość ciała wskazuje, że M. scholtzi zajmuje ekstremalną wartość w porównaniu z 57 zwierzętami lądowymi (ryc. 3). Dwa kolejne rodzaje również demonstrują ekstremalne wartości, ale jako najcichsi śpiewacy: miniaturowy świerszcz Cycloptiloides canariensis i modliszka Mantis religiosa. W grupie zwierząt wodnych analiza regresji ujawnia cztery gatunki, które mają ekstremalne wartości stosunku ciśnienia akustycznego i wielkości ciała: krewetki przyciągające wzrok Synalpheus parneomeris, krakacz ryb Cynoscion regalisdelfin butelkujący Tursiops truncatus i M. scholtzi (Ryc. 4).

Ryc. 4 Regresja między wielkością ciała a poziomem ciśnienia akustycznego u zwierząt wodnych. Cztery gatunki zwierząt zajmują ekstremalne wartości. Pokazana jest regresja liniowa ciągła linia. Analiza obejmowała 3 gatunki stawonogów, 3 gatunki ryb i 11 gatunków ssaków. Rysunek z omawianego artykułu wPLoS ONE

Należy zauważyć, że głośny dźwięk łatwiej emitować w środowisku wodnym niż w powietrzu (ze względu na harmonizację impedancji akustycznej między źródłem dźwięku a medium). To może częściowo wyjaśniać dlaczego M. scholtzi zajmuje najbardziej ekstremalną pozycję w porównaniu ze zwierzętami lądowymi, ale okazuje się być na czwartym miejscu w porównaniu z organizmami wodnymi.

Jaki jest mechanizm produkcji dźwięku w M. scholtzi? Podobnie jak wielu innych członków rodziny Corixidae, powierzchnia brzucha owada pokryta jest warstwą powietrza. Gatunek rodzaju Corixa stridulate (patrz Stridulation) za pomocą tarcia kolców, które znajdują się na przedniej kości piszczelowej, przeciwko ostrym krawędziom ustnych wyrostków. Pęcherzyki powietrza są bardzo dobrymi oscylatorami pulsacyjnymi. Micronecta ma również pęcherzyki powietrza po stronie brzusznej ciała. W przeciwieństwie do Corixy, M. scholtzi wydaje dźwięk przez tarcie zębów znajdujących się na prawym ostrzu genitaliów, o grzebieniu na lewej połowie ósmego segmentu brzucha. Zatem zaangażowane są inne części ciała, ale zasada jest taka sama. Dlatego nie jest jasne, jak taki dość powszechny mechanizm stawonogów może wytworzyć tak silny dźwięk. Efekt lombardowy jest znany, zgodnie z którym amplituda sygnału dźwiękowego może znacznie wzrosnąć w odpowiedzi na wzrost hałasu otoczenia; Ten efekt opisano u wielu ptaków i ssaków. Jednak w przypadku efektu lombardzkiego obserwuje się wzrost amplitudy przez bardzo krótki czas, który nie odpowiada zjawisku obserwowanemu w Micronecta.

Pod koniec artykułu autorzy próbują zrozumieć, dlaczego w procesie ewolucji M. scholtzi powstał taki głośny sygnał wywoławczy. Jednym z możliwych wyjaśnień jest dobór płciowy. Sygnał o dużym natężeniu przyczynia się do łatwej i szybkiej lokalizacji samca przez samicę. Ponadto głośny sygnał może być oznaką wysokiej jakości samca, a zatem samice mogą dać pierwszeństwo szczególnie krzykliwym samcom. Jednak proces ewolucji cech płciowych pod wpływem doboru płciowego jest koniecznie zrównoważony przez siły doboru naturalnego. Aby wytworzyć głośny sygnał, musisz wydać dużo energii – jest więc drogi. Ponadto głośny sygnał przyciąga potencjalnych drapieżników. Autorzy sugerują, że ten ostatni czynnik nie ogranicza się do M. scholtzi – według nich w stawach i rzekach Europy nie ma takich drapieżników, które przyciągałyby odgłosy małego robala.

Źródło: Jérôme Sueur, David Mackie, James F. C. Wiatrak. Tak mały, tak głośno: niezwykle wysoki poziom ciśnienia akustycznego od owadów pigmejskich (Corixidae, Micronectinae). // PLoS ONE. 2011. 6 (6): e21089.

Zobacz także:
Joachim Theiß. Generacja i promieniowanie dźwięku przez storulujące owady wodne na przykładzie rogowiczów // Behav. Ecol. Socibiol. 1982. V. 10. P. 225-235.

Varvara Vedenina


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: