Сверхчуткий слуховой аппарат: как мухи-паразиты помогают ученым
Ученые решили изучить муху Ormia ochracea для разработки слуховых аппаратов, которые не только усиливают звук, но также могут подсказать владельцу, откуда идет звуковой сигнал. Крошечное насекомое обладает необычной способностью определять направление источника звуковых волн даже несмотря на то, что одновременно слышит звук сразу в обоих «ушах». Однако исследователи столкнулись с рядом проблем, поскольку слуховой механизм насекомого и человека довольно сильно отличаются друг от друга.
«Если мы находимся посреди шумной толпы и хотим различить речь одного человека, нам будет сложно это сделать, поскольку он находится близко к источнику шума. Но если мы пространственно отделим его, то, разумеется, наша задача упростится. Поэтому мы решили провести эксперимент с изолированными источниками звуков и получили весьма интересный результат», рассказывает автор исследования, доцент кафедры биологии в колледже Св. Олафа в Миннесоте Норман Ли.
Ormia ochracea — это паразитическая муха, женские особи которой располагают тимпанальными (особыми слуховыми) органами, расположенными по обе стороны брюшка. Будучи соединенными между собой внешним скелетом, они функционируют подобно барабанным перепонкам и обеспечивают весьма точную информацию о местоположении источника звука. Данный механизм используется насекомым для обнаружения поющих самцов сверчков, на которых муха откладывает яйца. Особи способны дифференцировать минимальные различия в частотах реверберации (до 50 миллиардных долей секунды), что позволяет им с высокой точностью определять направление к источнику.
Для начала ученые вовсе не использовали фоновый шум, и муха, услышав сверчка, двигалась к нему по специальной беговой дорожке без всяких сомнений. Когда исследователи создали маскирующий источник шума справа от дорожки, траектория движения мухи слегка отклонилась влево, и наоборот. Может показаться, что насекомое просто испугалось незнакомого фонового звука, но когда ученые проиграли тот же шум, но уже без сверчка, то муха просто немного покрутилась на месте и остановилась. Результаты этого необычного эксперимента будут опубликованы в журнале eLife.
Так что же происходит с мухой? На самом деле, на ее поведение влияет множество биологических факторов. Важно то, что использование чуткого слуха насекомых в слуховых аппаратах людей может иметь ряд проблем — владелец попросту не сможет различить, откуда именно приходят звуки разных источников, для него они будут звучать одновременно отовсюду. Впрочем, Ли сразу указал на очевидные ограничения исследования: к примеру, разница между основным и маскирующим источниками звуков составляет от 6 градусов и выше, но при этом ученые не протестировали вероятность того, что звуки будут исходить из более близких источников, или же вовсе из одного. Кроме того, она все время была привязана к беговой дорожке — понятно, что это ограничивает подвижность насекомого и мало похоже на реальные условия дикой природы. Вероятно, в будущем, когда алгоритм работы слухового аппарата насекомых будет изучен лучше, ученые и в самом деле смогут использовать его для создания сверхчутких приборов для помощи слабослышащим людям.
