Tajniki złożonej budowy uszu owadów
Naukowcy, wspierani finansowo przez UE i skupieni wokół projektu INSECT EARS ("The tympanal ears of insects: Structural solutions to acoustic signal analysis"), dokonali ciekawego odkrycia, które może okazać się ważne dla rozwoju nowoczesnych urządzeń. Projekt ma również szansę wyjaśnić pewne mechanizmy zaburzeń wewnątrz sieci komunikacyjnych owadów, z których część może mieć poważne konsekwencje ekologiczne. Narząd tympanalny jest zbudowany z cienkiej błony tympanalnej zaopatrywanej przez nerwy czuciowe, za którą znajduje się jama wypełniona powietrzem. Naukowcy porównali tympanalne narządy słuchu trzech gatunków świerszczy (świerszczy drzewnych, szarańczy i świerszczy polnych). Aby wyjaśnić mechanikę wibracji błony bębenkowej owadów, do badań wykorzystano zaawansowane techniki oraz modele biofizyczne układów membranowych. Skupiono się głównie na wcześniej nieznanych różnicach w budowie błony wynikających z różnicy funkcji akustycznych, aby móc na tej podstawie zaprojektować miniaturowe czujniki akustyczne. Lokalizacja energii u świerszczy drzewnych i szarańczy możliwa jest dzięki asymetrycznym marszczeniom błony. Marszczenia sprawiają, że błona jest sztywniejsza w jednym kierunku bardziej niż w innym, co pozwala na koncentrację wibracji w miejscu przyczepu neuronów. Ostry gradient grubości zorganizowany we wzorcu koncentrycznym oraz interfejs błona-środowisko płynne wewnątrz błony bębenkowej szarańczy w jej centrum zwiększają wrażliwość na częstotliwości. Kolejnym odkryciem naukowców INSECT EARS jest rodzaj aktywnej mechaniki obserwowanej u świerszczy drzewnych, podobnej do mechanizmu, w jaki wyposażone jest ucho ludzkie, a który polega na wzmacnianiu fal dźwiękowych w ślimaku. Dzięki temu mechanizmowi, mechaniczne oscylacje błony zwiększają się, co powoduje wzmocnienie sygnału docierającego do narządu słuchu. W przeciwieństwie jednak do ludzi, u świerszczy ten mechanizm może być włączany i wyłączany, tłumi dźwięki o niskiej częstotliwości oraz umożliwia modyfikacje w reakcji na zmiany temperatury. Projekt INSECT EARS pozwolił naukowcom uzyskać cenny wgląd w mechanizmy biofizyczne związane z narządem słuchu owadów, co powinno znacząco wspomóc prace nad przetwarzaniem sygnału w sztucznych mikroczujnikach. Wnioski z tego badania mogą wzbogacić takie dyscypliny nauki jak neurobiologia, ekologia oraz ochrona środowiska naturalnego.
