Цивилизация
Если тёплой июньской ночью в спальне осталась последняя пара недобитых комаров и спать всё равно не получается, прислушайтесь к их писку. Что-нибудь в нём угадывается? Игорь Фёдорович Стравинский? «Весна священная»? Если да, то где-то рядом — под потолком, или на стене, или у оконной рамы — готовится соитие. А вам угрожает целый сонм опасных заболеваний — жёлтая лихорадка, лихорадка Денге и болезнь чикунгунья.
Комары вида Aedes aegypti — переносчики трёх страшных тропических болезней — перед спариванием подстраивают частоты маха крылышками друг под друга. И этот дуэт поистине уникален:
самка и самец комара свою любовную песню исполняют не в унисон, как большинство поющих пар в животном мире, а в квинту.
Как показали учёные из американского Корнельского университета под руководством Рональда Хоя, более тяжёлая самка, нормальная частота биения крыльев которой соответствует примерно ля и си бемоль первой октавы (430–470 Гц), встретив более лёгкого самца, может снизить тон до соль и даже фа диез и всех промежуточных значений. Комар же, заслышав комариху, напротив, приподнимает тон со стандартного ре диез второй октавы (около 620 Гц) примерно до ми — если требуется.
Такое разнонаправленное движение продолжается до тех пор, пока музыкальный интервал между двумя звуками не обратится в чистую квинту, то есть пока отношение частоты писка самки к частоте писка самца не станет равным 2:3. В среднем сходятся они на нотах ля первой октавы и ми второй с характерной неточностью где-то в четверть тона (примерно 2–3% по частоте). Статья Хоя и его коллег, описывающая результаты удивительных наблюдений, принята к публикации в Science.
Чтобы выяснить все эти подробности, американские учёные вырастили колонию A. aegypti из яиц, собранных на побережье мексиканской реки Рио-Флоридо, вскормив личинок смесью лактальбумина и пекарских дрожжей. Потом выводок разделили по признакам пола и возраста и выращивали до половой зрелости на 20-процентном растворе сахара. А дальше девственных насекомых ждал сюрприз — капля суперклея на спину между крыльями и тонкая игла длиной 4 см, благодаря которой исследователи могли манипулировать живыми комарами как заблагорассудится — например, подносить их к микрофону или размещать на предметном стекле микроскопа, подключённого к высокоскоростной телекамере.
Но главным развлечением биологов были искусственные 10-секундные «пролёты» самок рядом с неподвижными самцами или наоборот, во время которых учёные тщательно записывали все звуки в камере.
В 67% испытаний и самец, и самка, оказавшись в пределах 2 см друг от друга, немедленно начинали подстраивать частоту удара крыльями друг под друга.
Никакой перестройки не было, когда комаров выпускали в камеру в одиночестве или искусственно лишали слуха, блокируя комариные «уши» — так называемый джонстонов орган, расположенный в антеннах и регистрирующий в отличие от человеческих ушей не колебания давления, а движение воздуха, колеблемого звуком. А значит, изменение частоты — это именно преднамеренная поведенческая реакция в ответ на звуковой сигнал партнёра (а не, скажем, результат чисто механического взаимодействия в системе из двух пар крыльев и воздуха).
«Пение в квинту» — явление для животного мира исключительное. Одно дело отличить унисон от неунисона и подстроить свою частоту точно под частоту партнёра. Но квинта! Даже человеку приходится вспоминать первые звуки «Заратустры» Рихарда Штрауса (музыка из «Одиссеи-2001» Кубрика или «Что? Где? Когда?» Ворошилова — кому как больше нравится), чтобы распознать квинту между прозвучавшими последовательно друг за другом нотами. Как же комары, которые явно не посещали уроки сольфеджио, умудряются подстраивать частоты в отношении 2 к 3 в аккорде?
Учёные разгадали и эту маленькую хитрость. И разгадка может слегка разочаровать тех, кто уже начал верить в могучий интеллект и музыкальную грамотность на деле почти безмозглых, но весьма надоедливых созданий.
Самцы и самки комаров не распознают интервалы. Как и другие животные, они стараются добиться идеального совпадения частот, только не основного тона, а его обертонов, или, говоря физическим языком, гармоник.
Ни один звук в природе не является чистым синусоидальным колебанием на одной единственной частоте. Даже теоретически «чистой» может быть лишь бесконечно длинная синусоида. В реальности же любой периодический сигнал можно разложить на сумму так называемых гармоник — колебаний с частотами, пропорциональными основной частоте, частоте первой гармоники. Именно относительный вклад разных гармоник в получающийся в итоге звук и определяет индивидуальный тембр каждой ноты каждого инструмента или жужжания каждого насекомого.
Для колебаний воздуха, которые создают комариные крылья, в высших (то есть всех, кроме первой) гармониках содержится значительная часть звуковой энергии. На детектировании второй и третьей гармоник как раз и настроено брачное поведение комаров.
Доказать это утверждение было совсем несложно: учёные проигрывали комарам синтетический звук, из которого с помощью стандартной компьютерной программы были устранены то одна, то другая гармоника. Как оказалось, как раз наличие или отсутствие основного тона (на частоте колебания крыльев) никак не влияло на поведение большинства комаров. Но если в звуке, который предлагалось прослушать самкам, исключалась вторая гармоника колебаний самцов, комарихи не проявляли никакого желания подстраивать мах своих крыльев в квинту с основным тоном. То же касалось и самцов, которые слушали звук с отсутствующей третьей гармоникой колебаний крыльев самки.
Из этой работы сразу следует простой фундаментальный вывод, пишут Хой и его коллеги: диапазон слуха комаров гораздо шире тех 300–800 Гц, которые приводятся в большинстве учебников. Кстати, во многих из них, утверждается также, что самки комаров и вовсе глухи. Не удовлетворившись чисто поведенческим анализом, биологи даже провели физиологические измерения, подсоединив к джонстоновым органам комарих и комариков крохотные электроды и измерив их отклик на различные чистые тоны. Вольтметр показывал положенные доли милливольта в диапазоне от 100 Гц до 2 кГц.
Однако у статьи есть и практический аспект.
Учёные предлагают использовать полученные результаты в борьбе с тропическими болезнями через регулирование размножения комаров.
По наблюдениям авторов, в подстройке частот практически не участвовали оплодотворённые самки, а значит, комары используют «спевку в квинту» именно для отбора партнёров при спаривании. Способность быстро изменить частоту для них является признаком «высококачественности» партнёра. Таким же образом высокое качество самца оленя показывают большие рога, а самца льва — могучая чёрная грива.
Прежде чем выпускать в природу выращенных в лаборатории самцов, от спаривания с которыми либо вообще не будет рождаться потомство либо будут рождаться благообразные особи A. aegypti, не способные переносить «денге» и жёлтую лихорадку, стоит проверить, не повлияли ли искусственные манипуляции на способность насекомых «спеваться в квинту». В случае если повлияли, такие средства эпидемиологического контроля – а выпуск в природу стерильных самцов рассматривается как один из перспективных методов — будут заранее обречены на неудачу.
Другой метод контроля популяции комаров, который так и напрашивается из результатов Хоя с коллегами, тоже вряд ли будет реализован. Заманивать комарих второй гармоникой в ловушки и там их уничтожать — идея очень неудачная. Ведь эта гармоника — примерно ми третьей октавы — так же прекрасно слышна человеку, как и первые гармоники что самцов, что самок.
И эти звуки будут так же надоедать, как назойливый городской комар Culex pipiens pipiens forma molestus. Акустические особенности брачного поведения которого, кстати, не исследованы. Через несколько месяцев присоединиться к этой увлекательной работе сможет каждый, кто в детстве прогулял не слишком много уроков сольфеджио.