蟋蟀会制造叶子放大器

树蟋蟀通过在叶子的中心开一个洞来放大它们交配的声音,并将其用作声学屏障,正如克里斯·史密斯从娜塔莎·马特雷那里听到的那样……
2018年2月26日

采访

Natasha Mhatre,多伦多大学

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树蟋蟀把树叶变成挡板,在中间打一个洞,让自己的声音更响。

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树蟋蟀通过在叶子的中心开一个洞来放大它们交配的声音,并将其用作声学屏障,正如克里斯·史密斯从娜塔莎·马特雷那里听到的那样……

娜塔莎:这些生物被称为树蟋蟀,它们大约有一厘米长。它们真的很漂亮。我的意思是,我们大多数人在宠物店看到的蟋蟀看起来有点棕色,而长得有点像蟑螂的树蟋蟀真的很漂亮。它们有半透明的翅膀,长长的触角,它们是绿色的小东西,世界各地都有树蟋蟀。我们正在研究的这些来自印度。所有的树蟋蟀都有一件非常神奇的事情,那就是它们用歌声来吸引配偶。它们把共振的翅膀竖起来,摩擦在一起,使它们产生振动,发出非常美妙的音调。这就是你在大多数夏夜都能听到的声音。这些声音被雌性听到,它们可以用它们来区分自己物种的雄性和其他雄性,并找到雄性。这些树蟋蟀还有另一件神奇的事情,那就是它们会发出一种辅助声音,帮助它们发出比自己更大的声音。

克里斯:真的吗?他们是做什么的?

娜塔莎:他们有一种叫挡板的东西。对树蟋蟀来说,挡板很简单,就是在树叶上挖一个洞,它们就在这个洞上唱歌,所以它们把翅膀直接贴在这个洞上,从里面看。这让他们更大声。

克里斯-这是不是有点像,你以前在好莱坞的片场看到人们拿着扩音器走来走去,扩音器基本上是一个锥形的,末端被砍掉了,他们对着扩音器大喊大叫。它们是不是在做类似的事情?它们用叶子制造了一个扩音器,让自己的声音更大?

娜塔莎:这有点相似。所以我会尽可能简单地解释物理原理。你可以把翅膀想象成一块来回振动的板。每当板向前移动时,它就会在前面产生高压。在它后面,它产生低压这就是声音的本质,它是压强的变化。会发生的是高压和低压会在板的边缘相遇当它们相遇时就会相互抵消。这就是我们所说的声音短路。现在电路板越小,产生的声音就越短路。如果你能阻止这两个高压和低压相遇就能防止声短路。你做得越多,声音就会越大。 And that's essentially what's happening when a cricket puts itself in the hole in a leaf. What happens is that the front face of the wing is effectively acoustically separated from the back face of the wing and they end up being louder.

克丽丝:那蟋蟀一开始是怎么找到叶子和洞的呢?

娜塔莎-这里面有一个很大的秘密。所以我们做的一件事就是看看是否有不同的挡板设计。所以基本上,你知道,蟋蟀有什么不同大小的叶子?它们能打的洞有多大?他们把洞放在哪里?如果你对这个模型进行建模你会发现一些挡板的性能比其他的要好得多而性能最好的挡板是用最大的叶子做成的,上面有一个和翅膀一样大的洞放在叶子的正中央。

克里斯-好,下一个问题,假设这是最优方案,有多少蟋蟀会选择这个方案?换句话说,他们是在积极地寻求解决方案还是偶然地找到了解决方案?

娜塔莎:这要看情况而定。但是当我们做一个实验时,我们让19只蟋蟀在小叶子和大叶子之间做出选择,小叶子不能做一个很好的挡板,大叶子可以做一个很好的挡板,15只蟋蟀做了一个挡板,每只蟋蟀都在大叶子上做了一个挡板。它们在大叶子上做了一个挡板,上面有一个最合适大小的洞,它们离中心很近,所以所有的蟋蟀似乎都知道如何做一个最合适的挡板。

Chris -既然蟋蟀在晚上鸣叫,它们就能分辨出叶子的大小,分辨出大的和小的叶子,然后算出叶子的大小并做出选择,然后它们就能算出中间的位置。他们到底是怎么做到的?

娜塔莎-是的,他们就是这么做的。我们不知道。他们可能有不同的方式来做到这一点。一种是沿着叶子的边缘走。另一种方法是用这些非常漂亮的长触角触摸叶子的边缘,看看叶子的边缘是否比另一片更远,你知道,用它们把自己放在叶子的中间。但说实话,我们还不知道他们是怎么做到的。

克里斯:既然你已经做了这些实验,你就可以测量它们发出的声音了。困惑蟋蟀的声音比没有困惑蟋蟀的声音大多少?换句话说,他们通过这样做获得了什么样的优势,声音优势?

娜塔莎:所以在一只自己唱歌的蟋蟀和一只在最佳挡板中的蟋蟀之间有四倍的变化。因此,一只处于最佳挡板中的蟋蟀发出的声音将是一只独立蟋蟀的四倍。

克里斯:这完全改变了我们对昆虫的看法,不是吗?因为我们通常认为昆虫是一种愚蠢的自动机,它们的大脑天生就是处理输入和产生输出的。但这里有非常简单的生物体,它们根据自己的测量结果做出一系列决定,以达到一个结果,这真的很惊人!

娜塔莎:当然。长期以来,人们一直认为无脊椎动物是刻板的,而脊椎动物、哺乳动物、鸟类等都非常聪明,我们不得不改变这种观点。我的意思是,我认为真正震撼这一切的第一件事是当他们发现章鱼可以制造工具时,它们可以制造各种各样的工具。现在如果你稍微想一下章鱼是一种软体动物。这和蜗牛一样。所以真的,我们不能再坚持认为无脊椎动物是更简单的动物,它们只是和我们不同,我们必须非常仔细地观察昆虫的行为,以便能够理解表面上看不出来的事情。

评论

双斑蟋蟀用木兰树的叶子作为抛物面反射镜来放大和聚焦它们求偶的叫声,在密西西比的圣经地带,这种叫声如此响亮,以至于这里的人们可能会说它们是在为基督而十字军东征。当然自从葛藤蔓入侵以来,树蟋蟀也都在利用葛藤蔓的叶子,在叶子的中心啃出洞来,可以说是遮天掩地。我在实地研究了这种行为,拍摄了照片和视频。这是非常了不起的行为!问题是,蟋蟀是否与玉兰树的叶子一起进化,将它们作为抛物面反射器,经常栖息在两片叶子之间……然后再学习如何在其他叶子上咬洞,比如葛草……或者这个过程是反过来发展的?我首先用双斑蟋蟀Neoxabea bipanctata (Da Geer 1773)在木兰树的叶子上观察到这种行为,木兰树的叶子比葛藤更古老。我很乐意与Natasha Mhatre或其他人合作。你可能想要注意的是,树蟋蟀不会在木兰树叶上咬洞; but their mating calls are amplified and directed simply given the large curled size of the leaves themselves which is why I refer to this a using leaves like parabolic reflectors. I believe tree crickets first used Magnolia Trees and later evolved to use other leaves, chewing holes in them so they will have a place to perch and put their two front legs on the leaves, given this is where their ears are located. Thus the crickets can feel the sound vibrations which other crickets are calling and come to synchronize their calls. They do this in giant Magnolia Trees, much like fireflies use mangrove trees to congregate upon. Plus by chewing upon leaves they can then call and eat at the same time, thus powering their calls which expends a lot of energy. Do you know how many calories a cricket uses over the course of an evening calling? Do you know how many tree crickets may synchronize their call and gather in mass upon a single great Magnolia Tree? Do you know how to calculate the area of the leaves and the density of crickets necessary to establish synchronized calling? Perhaps Natasha, you might email me atterrylynch@aol.com.我是一个自然学家/摄影师。我在uof f遇到了板球专家T.J. Walker,是Lloyd博士介绍我认识的。<个人筹款推广取消>这非常重要!事实上,我认为支持自然科学研究和发现是世界各地人们投资的最佳方式之一……因为除非这是没有,否则我们的孩子的孩子可能永远不会听到树蟋蟀的叫声,蝉,或看到萤火虫。

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