В ночном небе по всему миру разворачивается битва между летучими мышами и насекомыми. Можно предположить, что летучие мыши, вооруженные эхолокацией без проблем поедают глупых насекомых, которых вы видите бьющимися в окна после заката. Но летучие мыши развили ультразвуковые навыки 65 миллионов лет назад и этого времени было более чем достаточно, чтобы у насекомых в результате естественного отбора появилось множество эволюционных защит, которые отчетливо видны у мотыльков. 

В ответ летучие мыши также включились в эволюционную гонку вооружений. Некоторые из них изменили частоту эхолокации, переместив ее в ту часть спектра, в которой бабочка к ней не чувствительна. Другие уменьшили амплитуду сигналов – по сути, они «шепчут» во время охоты с тем, чтобы не предупреждать мотылька об атаке.

Охота летучих мышей на мотыльков:

Недавнее исследование пролило свет на необычный способ, который разработали шелковые бабочки, чтобы уйти невредимыми от летучих мышей. Это использование акустических приманок и ловушек. Развернутые на кончиках крыльев приспособления искажают ультразвуковые колебания, излучаемые летучими мышами, помогая мотылькам пережить большинство встреч. 

«Радиоэлектронные» средства борьбы

Большинство бабочек ведет ночной образ жизни, что спасает их от птиц, но не от летучих мышей, с которыми они делят ночное небо. Поэтому мотылькам пришлось разработать уникальный защитный арсенал против своих противников. Многие мотыльки развили чувствительный к ультразвуку слух, что позволяет им обнаруживать приближающуюся летучую мышь и заранее уклоняться от нее. Другие развили способность производить собственные ультразвуковые колебания (щелчки), предупреждая перепончатокрылых о том, что они неприятны на вкус, или даже блокировать сонар летучих мышей с тем, чтобы они не могли эффективно охотиться. 

Многие мотыльки также развили пассивную защиту, которая защищает их даже если они не чувствуют, что летучие мыши находятся поблизости. Одним из таких средств защиты является акустическая маскировка. Чешуя грудной клетки на средней части тела мотылька является невероятно хорошим звукопоглотителем. Это означает, что ультразвуковые сигналы летучих мышей дают меньшее эхо, отражаясь от тела мотылька, позволяя насекомому бесшумно исчезнуть в ночном пространстве. 

Совсем недавно было замечено, что чешуйки на крыльях мотыльков вибрируют на разных частотах, рассеивая звуковую энергию летучих мышей при эхолокации. Крылья мотыльков стали первым известным природным акустическим метаматериалом, в котором взаимодействующие субъединицы создают акустические свойства, превышающие сумму их частей.

Особая конструкция крыла

Некоторые мотыльки используют другой подход – усиливая, а не подавляя эхо от своих крыльев. У этих мотыльков нет желания умереть – они создают акустические приманки с тем, чтобы летучие мыши нацеливались на кончики крыльев, а не на их уязвимое тело. 

Акустические приманки ранее были идентифицированы на удлиненных хвостах задних крыльев некоторых шелкопрядов, которые заканчиваются скрученной структурой, дающей сильное эхо при воздействии ультразвука. Исследования показали, что, отражая атаку летучей мыши в сторону задних крыльев, эти мотыльки могут пережить примерно 70% атак.

Расположение акустических приманок на законцовках крыльев бабочек

Недавнее исследование было посвящено любопытным рифленым кончикам передних крыльев шелкопряда. Ученые предполагают, что что эти структуры могут выполнять ту же защитную функцию, что и удлиненные задние крылья. 

Ультразвуковая защита в действии:

Чтобы проверить эту гипотезу ученые использовали акустическую томографию и обнаружили области, которые дают самые сильные эхосигналы. На бабочку воздействовали ультразвуковыми волнами, похожими на эхолокацию летучей мыши. Производя локацию со множества ракурсов, была создана звуковая картина мотылька, позволившая точно определить, какие его части производят громкое эхо, а какие слабое.

На томограмме шелковой бабочки красным цветом отмечены области, дающие наиболее сильные эхосигналы. 

Было протестировано девять видов бабочек с различной структурой передних крыльев. В результате сделан вывод о том, что у бабочек с крыльями самой сложной формы эхо-сигналы от кончиков крыла сильнее, чем от тельца. Разница достигала десяти децибел!

Затем исследователи хотели изучить топологию крыльев, чтобы понять, как усиливаются эхосигналы. С помощью поверхностного сканирующего микроскопа было определено два типа так называемых «акустических ретро-рефлекторов» – структур, имеющих такую форму, которая всегда направляет звук обратно к источнику, независимо от того, под каким углом он попадает.

Диаграмма показывает в каких местах происходит возвращение сигнала на кончиках крыльев мотылька. 

Рефлекторы работают, отражая звук обратно к его источнику через множественные отражения внутри себя. Это сложный механизм, демонстрирующий исключительную функциональность приманки, которая развилась в крыльях мотылька, чтобы запутать атакующих летучих мышей. 

Открытие акустических ловушек помогает пролить больше света на ночную гонку вооружений между летучими мышами и мотыльками. Смогут ли летучие мыши противостоять этим обманным приспособлениям улучшая собственное оружие, еще неизвестно.

Публикация подготовлена компанией ITSOFT. Размещение и аренда серверов и стоек в двух ЦОДах в Москве; colocation GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов. Лицензии связи, SSL-сертификаты. Администрирование серверов и поддержка сайтов.