Chrząszcze tygrysie odpierają ataki nietoperzy dzięki ultradźwiękowemu naśladowaniu

14 maja 2024

Ten artykuł został zrecenzowany zgodnie z procesem redakcyjnym Science X i jego zasadami. Redaktorzy podkreślili następujące cechy podczas zapewniania wiarygodności treści:

• sprawdzony pod kątem faktów
• opublikowany po recenzji
• zaufane źródło
• skorygowany

przez Muzeum Historii Naturalnej na Florydzie

Nietoperze, jako główny drapieżnik owadów latających nocą, wywierają presję selekcyjną, która spowodowała u wielu ich ofiar wykształcenie swoistego systemu ostrzegawczego: uszu unikalnie dostrojonych do wysokiej częstotliwości echolokacji nietoperzy. Do tej pory naukowcy odkryli co najmniej sześć rzędów owadów — w tym ćmy, chrząszcze, świerszcze i pasikoniki — które wykształciły uszy zdolne do wykrywania ultradźwięków.

Ale biegaczowate poszły o krok dalej. Kiedy słyszą w pobliżu nietoperza, odpowiadają własnym sygnałem ultradźwiękowym, a przez ostatnie 30 lat nikt nie wiedział dlaczego.

'Dla ludzi to jest takie obce pojęcie: te zwierzęta latające wokół w nocy, próbujące złapać siebie w zasadzie całkowitej ciemności, używając dźwięku jako swojego sposobu komunikacji,' powiedział Harlan Gough, główny autor nowego badania opublikowanego w czasopiśmie Biology Letters, które w końcu rozwiązuje tę zagadkę. Podczas swoich doktorskich badań w Muzeum Historii Naturalnej na Florydzie doszedł do wniosku, że biegaczowate muszą odnosić znaczące korzyści ze swojego dźwięku, skoro pomaga on również nietoperzom je zlokalizować.

Biegaczowate są jedyną grupą chrząszczy, o której naukowcy wiedzą, że wydaje się wytwarzać ultradźwięki w odpowiedzi na drapieżnictwo nietoperzy. Szacuje się, że około 20% gatunków ćmy ma tę zdolność i stanowi pomocne odniesienie do zrozumienia tego zachowania u innych owadów. 'To było naprawdę ciekawe badanie, bo mogliśmy odkrywać warstwę po warstwie,' powiedział Gough.

Badacze zaczęli od potwierdzenia, że biegaczowate wytwarzają ultradźwięki w odpowiedzi na drapieżnictwo nietoperzy. Kiedy nietoperze przelatują przez nocne niebo, okresowo wysyłają impulsy ultradźwiękowe, które pokazują im otoczenie. Kiedy nietoperz namierzy potencjalną ofiarę, zaczyna nadawać coraz częściej, co pozwala mu zablokować cel.

Stworzyło to charakterystyczną sekwencję ataku echolokacyjnego nietoperzy, którą naukowcy odtwarzali dla biegaczowatych, aby zobaczyć, jak na nią zareagują. Kiedy chrząszcz lata, jego twarda powłoka otwiera się ujawniając dwa tylne skrzydła, które generują siłę nośną. Elytry, które wcześniej pokrywały skrzydła, są ochronne i nie pomagają w locie. Zazwyczaj są podniesione i odsunięte na bok.

Naukowcy spędzili dwa lata na badaniu 20 różnych gatunków biegaczowatych na pustyniach na południu Arizony. Siedem z nich zareagowało na sekwencje ataku nietoperzy, nieznacznie machając swoimi elytrami w kierunku tyłu. Spowodowało to uderzenie bijących tylnych skrzydeł o tylne krawędzie elytr, jakby obie pary skrzydeł klaskały. Dla ludzkiego ucha brzmi to jak ciche bzyczenie, ale nietoperz odbierze wyższe częstotliwości i usłyszy chrząszcza głośno i wyraźnie.

'Reagowanie na echolokację nietoperza jest zdolnością znacznie mniej powszechną niż tylko zdolność słuchania echolokacji,' powiedział Gough. 'Większość ćm nie wydaje tych dźwięków przez usta, jak myślimy o nietoperzach echolokujących przez usta i nos. Ćmy tygrysie, na przykład, używają specjalnej struktury na boku ciała, więc potrzebujesz tej struktury, aby wytwarzać ultradźwięki, jak również uszy, aby słyszeć nietoperza.'

Niektóre ćmy mogą zakłócić sonar nietoperza, wytwarzając kilka kliknięć w krótkim, szybkim tempie. Naukowcy szybko wykluczyli tę możliwość dla biegaczowatych, które wytwarzają ultradźwięki zbyt proste dla takiego wyczynu.

Zamiast tego, podejrzewali, że biegaczowate, które wytwarzają benzoesan aldehydu i kwas cyjanowodorowy jako substancje obronne, używają ultradźwięków do ostrzegania nietoperzy, że są one niebezpieczne - podobnie jak wiele ćm.

'Te związki obronne wykazały skuteczność przeciwko niektórym drapieżnikom owadów,' powiedział Gough. 'Niektóre biegaczowate, kiedy trzyma się je w ręku, faktycznie pachną niektórymi z tych substancji, które one wytwarzają.'

Przetestowali swoją teorię, karmiąc 94 biegaczowate dużymi, brązowymi nietoperzami, które jedzą wiele różnych owadów, ale wykazują silne preferencje dla chrząszczy. Ku ich zaskoczeniu, 90 zostało całkowicie zjedzonych, podczas gdy dwa zostały tylko częściowo konsumowane, a tylko dwa zostały odrzucone, co wskazuje, że obronne substancje chemiczne biegaczowatych niewiele robią, aby odstraszyć duże, brązowe nietoperze.

Według Akito Kawahary, dyrektora McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity, które jest częścią muzeum, było to pierwsze badanie, które sprawdziło, czy biegaczowate są faktycznie szkodliwe dla nietoperzy.

'Nawet jeśli zidentyfikujesz jakiś związek chemiczny, to nie oznacza, że jest on obronny przed konkretnym drapieżnikiem,' powiedział Kawahara. 'Nie wiesz tego na pewno, dopóki nie przeprowadzisz eksperymentu z drapieżnikiem.'

It turned out tiger beetles don't use ultrasound to warn bats of their noxiousness. But there was one last possibility. Some moths produce anti-bat ultrasound even though they are palatable. Scientists believe these moths are trying to trick bats by acoustically mimicking the ultrasonic signals of genuinely noxious moth species.

Could tiger beetles be doing something similar? The researchers compared recordings of tiger beetle ultrasound, collected earlier in the study, with recordings of tiger moths already in their database. Upon analyzing the ultrasonic signals, they found a clear overlap and the answer to their question.

Tiger beetles, which do not have chemical defenses against bats, produce ultrasound to mimic tiger moths, which are noxious to bats.

But this behavior is limited to tiger beetles that fly at night. Some of the 2,000 species of tiger beetles are active exclusively during the day, using their vision to chase and hunt smaller insects, and don't have the selective pressure of bat predation. The 12 diurnal tiger beetle species that the researchers included in the study are evidence of this.

'If you get one of those tiger beetles that goes to sleep at night and play bat echolocation to it, it makes no response at all,' Gough said. 'And they seem to be able to pretty quickly lose the ability to be afraid of bat echolocation.'

Researchers suspect there may be even more undiscovered examples of ultrasonic mimicry, given how understudied the acoustics of the night sky are.

'I think it's happening all over the world,' Kawahara said. 'With my colleague, Jesse Barber, we have been studying this together for many years. We think it's not just tiger beetles and moths. It appears to be happening with all kinds of different nocturnal insects, and we just don't know simply because we haven't been testing in this manner.'

These delicate ecological interactions are also at risk of being disrupted soon. Acoustic mimicry needs a quiet environment to work, but human impacts like noise and light pollution are already altering what the night sky looks and sounds like.

'If we want to understand these processes, we need to do it now,' Kawahara said. 'There are amazing processes taking place in our backyards that we can't see. But by making our world louder, brighter and changing the temperature, these balances can break.'

Juliette Rubin, former graduate student at the University of Florida and Jesse Barber of Boise State University were also authors on the study.

Journal information: Biology Letters

Provided by Florida Museum of Natural History