Мы почти ничего не знаем о том, какие звуки издавали древние животные. Голоса птиц и динозавров восстановить практически невозможно, потому что мягкие ткани (связки, сиринкс и прочие природные вокальные инструменты) не сохраняются в окаменелостях.
Зато неплохо сохраняются отпечатки хитиновых покровов насекомых. А поскольку кузнечики, сверчки и цикады издают звуки именно трением твердых хитиновых поверхностей, их голоса можно попробовать реконструировать до некоторой степени. Этой возможностью и воспользовались ученые.
Они решили не просто восстановить стрекот древних кузнечиков, но и проверить, могли ли те издавать ультразвук. Современные кузнечики способны на это, и существует гипотеза, согласно которой они таким образом спасаются от летучих мышей, использующих эхолокацию. Но летучие мыши появились только 55 миллионов лет назад. Пели ли кузнечики ультразвуковые песни до этого?
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, изучили 20 хорошо сохранившихся окаменелостей девяти видов вымерших кузнечиков из отложений формации Цзюлуншань в Китае. Все эти кузнечики обитали в одном лесу примерно в одно и то же время 165 миллионов лет назад.
Биологи измерили лазерным виброметром параметры трения крыльев у современных видов кузнечиков, выбрав из них наиболее древние и мало изменившиеся. Затем эти данные сравнили с моделями окаменелых крыльев и таким образом рассчитали частоты, на которых пели вымершие насекомые. Параллельно ученые вывели филогенетическую зависимость между длиной зазубренной жилки на крыле и высотой звука.
Частоту установить удалось, но структура крыла не сохраняет темп звука, поскольку ритм задает нервная система. Чтобы восстановить этот параметр, исследователи обучили машинный алгоритм на основе данных современных видов. Нейросеть проанализировала морфологию древних крыльев и вычислила вероятный ритм их стрекотания.
Результаты всех этих операций показали, что жители юрского леса издавали звуки в диапазоне от пяти до 10,5 килогерца. Один вид, Sigmaboilus peregrinus, пел на частоте 20,5 килогерца, и это самый древний известный случай, когда животное способно издавать ультразвук.
Оказалось, что все песни имели чистый тон, то есть звучали без посторонних шумов. Ученые пришли к выводу, что это было приспособлением для защиты от древних насекомоядных млекопитающих. Их слух с трудом определяет местоположение источника такого сигнала, поэтому кузнечики могли безопасно петь, оставаясь невидимыми для хищников.
Кроме того, выяснилось, что зубчики на некоторых древних крыльях располагались с неравномерным шагом и образовывали участки разной плотности. Это означает, что уже 165 миллионов лет назад насекомые умели менять частоту и амплитуду звука, создавая сложный акустический рисунок.
Авторы исследования отметили, что построение двумерных моделей для плоских окаменелостей вносит погрешность в расчеты, а ритм песен предсказал алгоритм, то есть это не точный параметр. Тем не менее результаты показали, что акустическое соревнование между хищниками и жертвами началась задолго до появления летучих мышей. Поющие насекомые вынуждали ранних млекопитающих развивать сложное строение внутреннего уха, а сами в ответ совершенствовали маскировочные чистые тона.