SupersinnesAnhörung: Bushcrickets ' Hearing Organe könnten zu neuen Technologien Blei In Akustische Sensoren Forschung

Die Entdeckung eines bisher nicht identifizierten Hörorgan in der südamerikanischen bushcrickets Ohr könnte den Weg für technologische Fortschritte in bio-inspirierte akustische Sensoren Forschung, einschließlich der medizinischen Bildgebung und der Hörgeräteentwicklungebnen.

Forscher von der University of Bristol und der University of Lincoln entdeckte das fehlende Stück des Puzzles in der Verständnis für den Prozess der Energieumwandlung in den "unkonventionelle" Ohren der bushcrickets (oder katydids ) .

Bushcrickets vier Giebelfeldern (oder Trommelfell ) - zwei auf jeder Vorderbein ; aber bis jetzt war es nicht bekannt, wie die verschiedenen Organe zu verbinden , damit die Insekten zu hören . Da die Giebelfeldern ( einer Membran, die in Reaktion auf Sound vibriert ) nicht direkt mit den Mechanorezeptoren ( sensorischen Rezeptoren ), war es ein Rätsel, wie Ton wurde von der Luft auf die mechanisch- Sinneszellen übertragen.

Gefördert durch die Human Frontiers Science Program ( HFSP ) wurde die Forschung im Labor von Professor Daniel Robert , einer Royal Society Fellow an der Universität Bristol entwickelt. Dr. Fernando Montealegre -Z , der jetzt an der Universität von Lincoln School of Life Sciences , entdeckte eine neu identifizierte Organ während der Durchführung der Erforschung , wie das Heupferd Schlauchsystem im Ohr transportiert Sound. Die Forschung auf dem Heupferd Copiphora gorgonensis fokussiert , ein neotropischen Arten aus dem Nationalpark Gorgona in Kolumbien, einer Insel im Pazifik. Ergebnisse legen nahe, dass die Heupferd Ohr arbeitet in einer Weise analog zu der von Säugetieren. Ein Papier detailliert diese bemerkenswerte neuen Durchbruch in der Fachzeitschrift , Wissenschaft .

Dr. Montealegre -Z sagte: "Wir entdeckten eine neue Struktur , die das Schlüsselelement in dieser Insekten , die in früheren Arbeiten nicht berücksichtigt worden waren zu hören darstellt Die Orgel ist eine mit Flüssigkeit gefüllte Bläschen , die wir die" Hörbläschen ' benannt. . das Hörorgan vermittelt den Prozess der Umwandlung von akustischer Energie ( Schallwellen) auf mechanische, hydraulische und elektrochemische Energie. die Integration der Laser-Doppler -Vibrometer und Mikro- CT erlaubte uns, die Hörbläschens identifizieren und zu schließen, daß das Verfahren beruht auf einer tympanal Hebelsystem analog zu den Säuger Gehörknöchelchen . Dies dient zur Luftschallschwingungenan die Flüssigkeit ( die Hörbläschens ) zu übertragen, und auch auf den Mechanoreceptoren . Daher ist die Heupferd Ohr führt die entscheidenden Phase der Luft zu Flüssigkeit Impedanzwandlung und Verstärkung genauso in das Ohr eines Säugetiers. "

Bei Säugetieren beruht Anhörung über drei kanonischen Verarbeitungsstufen : ein Trommelfell Sammeln Sound, eine Mittelohrimpedanzwandlerund ein Cochlea Frequenzanalysator . Die katydid Ohr führt diese Schritte während des Anhörungsverfahrens , etwas früher bei Insekten bekannt. Die Entdeckung der Impedanzwandlung und Verstärkungsmechanismen ist ein großer Schritt vorwärts im Verständnis der Mechanismen des Hörens Prozesse in Insekten. Diese Ebene der Komplexität , die Empfindlichkeit und Funktionalität von Insekten Anhörung könnte in technisch biologisch inspirierter Systeme übertragen werden. Zum Beispiel werden die Ohren einiger Heupferd Arten bemerkens empfindlich und können extreme Ultraschallsignale ( > 130 kHz) auf große Entfernungen zu erfassen. Solche Leistung und Empfindlichkeit würde das Potenzial für Ingenieure bei der Konstruktion und dem Bau von akustischen Sensoren und Aktoren zu begeistern haben .

Dr. Montealegre -Z plant, seine Forschung zu fördern , um die Ohren von Arten der Gattung Arachnoscelis die extreme Ultraschall (130 - 150 kHz ) verwenden zu studieren , um herauszufinden, wie bushcrickets in der Lage sind , sich gegenseitig hohe Töne aus großer Entfernung zu hören.

Er sagte: " Diese Ergebnisse wurden auf einer einzelnen Spezies , C. gorgonensis , die moderate Ultraschallfrequenzen von 23 kHz verwendet Wir haben jedoch andere Arten gemessen und habe ein Heupferd Arten in den Regenwäldern Südamerikas , die Klänge zu 150 kHz abgibt entdeckt erhalten . . hört sich an diese Frequenzen leiden Überschußdämpfung und nicht weit in einem Regenwald -Umgebung zu übertragen, damit die Begrenzung Langstrecken- Kommunikation. Dennoch gelingt es ihnen, miteinander von weit größerer Entfernung zu hören. wir wissen nicht, wie sie es tun , aber wir glaube, diese Empfindlichkeit kommt zum Teil aus der Hörbläschen . die Universität von Lincoln verfügt über ein ausgezeichnetes Team in der Lage, mit dieser Forschung fortzusetzen , aber auch die Zusammenarbeit mit Partnern an anderen Universitäten . diese Erkenntnisse verändern unsere Ansichten über Insekten Anhörung und den Weg für die Entwicklung ultra bio-inspirierte Sensoren. "

Professor Daniel Robert ist einer von vier Wissenschaftlern an der Universität von Bristol School of Biological Sciences , die Teil des Forschungsteams waren .

Er sagte: " Die Ohren dieses Heupferd lehren uns , dass komplexe Verhandlung Mechanismen in sehr kleinen Ohren erfolgen So lernen wir , wie die Evolution hat sich mit sehr kleinen , effizienten und anspruchsvollen Mikrofone kommen, haben wir jetzt lernen, wie man . . machen wie dieses. "

Dr. Montealegre -Z plant Feldforschung zu katydids in ihrer natürlichen Umgebung in Kolumbien ( NaturnationalparkGorgona ) mit Kollegen aus den Universitäten von Graz in Österreich, Bristol und Strathclyde studieren. Gefördert durch ein National Geographic gewähren die Studie macht eine Verbindungsspezialelektrodenmit dem katydid Sensorik , die dann ermöglicht es den Wissenschaftlern, die gleichen Töne wie die Insekten zu hören.

Dr. James Windmühle, vom Zentrum für Ultraschalltechnikin der University of Strathclyde der Abteilung für Elektronik und Elektrotechnik , sagte: " Dr. Montealegre Die Ergebnisse werden einen wertvollen Beitrag für unsere Suche nach der nächsten Generation von Ultraschall- Engineering-Technologien machen Durch die Verbesserung unseres Verständnisses von . insekt hören und sensorische Systeme , können wir neue Ideen und Techniken in eine breite Palette von Technologien zu integrieren , einschließlich Hörgeräte , biomedizinische bildgebende Systeme für Krankenhäuser und zerstörungsfreie Ultraschallauswertungum die strukturelle Integrität von Gebäuden und Brücken zu bewerten. ich freue mich auf Arbeit mit Dr. Montealegre und Kollegen auf die nächste Phase dieses wichtigen Forschung, Herstellung bioscience und Engineering , um die bio-inspirierte Sensoren der Zukunft zu schaffen. "