Ahli biologi Barat telah mengembangkan cara inovatif untuk merekonstruksi bagaimana jangkrik bernyanyi, berdasarkan pembentukan fisik sayap serangga berkicau, menggunakan pengukuran dari sampel yang diawetkan dan pemodelan komputasi.
Praktik Terbaik Baru, Diterbitkan 30 Juli di Royal Society Open Science dirancang oleh profesor biologi barat Natasha Mhatre, Ketua Penelitian Kanada di Invertebrata Neurobiology, dan tiga mantan mahasiswa sarjana di labnya, yang menyelidiki biofisika komunikasi serangga dan laba -laba.
Natasha Mhatre
Dalam studi baru, Mhatre dan kolaboratornya merinci metode pemodelan komputer baru yang lebih dekat dengan karakteristik fisik aktual kriket yang sebenarnya daripada upaya sebelumnya. Model baru dapat memprediksi pola getaran sayap kriket yang tepat, bahkan sayap baru yang tidak didasarkan pada model itu.
Para ilmuwan seperti Mhatre sering menggunakan spesimen yang diawetkan untuk pemahaman yang lebih dalam tentang sejarah evolusi dan genetika. Tetapi menciptakan kembali betapa punah atau mamalia yang punah atau mati, termasuk manusia, yang pernah terdengar rumit. Keduanya berkomunikasi menggunakan saluran vokal, dikendalikan secara rumit oleh otak. Tetapi kedua struktur terbuat dari jaringan lunak, yang jarang fosil atau meninggalkan jejak. Jangkrik, bagaimanapun, menyanyikan lagu yang berbeda – secara harfiah dan kiasan.
Lagu -lagu kriket sama sekali bukan vokalisasi tetapi diciptakan oleh mekanika getaran dalam forewings mereka. Sayap keras dan kasar ini, yang terletak di depan belakang, bertindak sebagai perisai pelindung untuk jangkrik. Mereka juga menampung struktur mikro khusus dan keras yang dibutuhkan untuk berkicau. (Kekerasan mereka berarti forewings melestarikan dengan baik sebagai fosil atau spesimen museum.) Yang paling penting, pola venation, atau pengaturan vena, di dalam forewing kriket menentukan frekuensi atau pitch lagunya.
“Setiap sayap kriket memiliki pola pembuluh darah yang melaluinya, yang secara struktural penting untuk membuat lagu,” kata Mhatre, seorang profesor biologi di Fakultas Sains Barat. “Beberapa vena ini digunakan untuk menghasilkan kekuatan yang membuat sayap bergetar dan membuat suara. Lainnya mengencangkan area lokal di dalam sayap dan mengembangkan struktur resonansi yang bergetar pada frekuensi tertentu.”
Apa frekuensinya, kriket?
Selama bertahun -tahun, Mhatre dan yang lainnya dalam komunitas penelitian neurobiologi global telah berusaha menggunakan bioakoustics (suara yang diproduksi oleh organisme hidup) dan pemodelan elemen hingga (metode untuk memecahkan persamaan diferensial secara numerik) untuk memahami lagu kriket dengan tujuan utama memprediksi getaran sayap dan produksi yang baik. Ribuan sayap kriket dilestarikan di museum dan hubungan evolusi mereka dengan jelas dipetakan, membuat taktik ini untuk memprediksi suara mereka jalur yang sempurna untuk membuka misteri evolusi sinyal dan bagaimana beberapa suara pertama di bumi terdengar.
Teleogryllus Oceanicus (Caroline Harding)
Faktanya, Mhatre dan kolaboratornya mengira mereka telah memecahkan kode pada tahun 2012 dalam studi yang mengubah permainan yang diterbitkan dalam PNA, di mana mereka menggunakan beberapa asumsi sederhana untuk mengembangkan model komputasi untuk sayap kriket.
“Ada kepadatan vena yang tinggi dalam forewings kriket, jadi kami mempertimbangkan bagian -bagian sayap ini secara efektif tidak bergerak dalam model kami. Dan pendekatan ini telah bertahan selama lebih dari satu dekade,” kata Mhatre. “Tapi sesuatu tentang pendekatan ini selalu menyadapku.”
Masalah dengan studi sebelumnya, termasuk 2012 PNA Kertas, adalah bahwa sayap kriket yang dimodelkan 'dijepit' pada titik -titik dengan kepadatan vena yang tinggi dan bukan hanya di pangkalan, karena sayap berengsel di alam. Ini menyederhanakan penelitian tetapi secara teknis, bagian sayap ini bebas untuk bergerak, sehingga model komputer bukan representasi langsung.
“Kami juga tidak benar -benar memiliki cara obyektif untuk memutuskan apa arti 'kepadatan tinggi', dalam hal vena di sayap kriket, yang merupakan masalah jika Anda mulai dengan kriket baru dengan venasi sayap yang berbeda yang sayapnya belum pernah Anda ukur sebelumnya,” kata Mhatre.
Dalam studi baru, Mhatre dan kolaboratornya mengembangkan metode pemodelan komputer yang lebih dekat dengan karakteristik fisik aktual kriket dan menjepit sayap sebagaimana mestinya.
Model baru, berdasarkan Teleogryllus Oceanicus (umumnya dikenal sebagai kriket ladang Australia, Pasifik atau Oseanik). sekarang dapat memprediksi pola getaran yang tepat dari forewings kriket tanpa menyederhanakan asumsi. Bahkan dapat memprediksi perilaku sayap baru yang tidak dirancang atau disetel secara khusus.
Para penulis kemudian menangani metode lain yang digunakan untuk merekonstruksi lagu kriket, yang merupakan penggunaan spesimen yang diawetkan. Mereka menunjukkan bahwa forewing kriket yang dipelihara kering, seperti spesimen museum, akan memiliki pola getaran yang sangat mirip dengan kriket hidup tetapi akan beresonansi pada frekuensi yang salah. Ini karena bahan sayap mengeras saat mengering. Mereka menemukan bahwa frekuensi yang benar dapat dipulihkan, namun, hanya dengan membasahi sayap dengan air atau mengurangi kekakuan ini secara artifisial dalam model komputer.
“Kami telah mengembangkan cara yang lebih andal untuk berurusan dengan rekonstruksi fungsi akustik kriket dari morfologi, menggunakan pemodelan komputasi dan spesimen yang diawetkan,” kata Mhatre.
Mhatre berkolaborasi dengan rekan penulis Nathan Bailey dari University of St. Andrews pada model baru ini, penelitian yang berasal dari awal pandemi Covid-19. Kolaborator lama bergabung dengan tiga mahasiswa tesis Mhatre yang saat itu, Sarah Duke, Ryan Weiner dan Gabriella Simonelli, yang semuanya adalah rekan penulis dalam penelitian ini.
