Японські вчені перетворили цикад на живі музичні інструменти

Японські науковці досягли незвичайного прориву в галузі біотехнологій, перетворивши звичайних цикад на живі музичні інструменти. Наото Нішіда, біолог з Університету Токіо, разом зі своєю командою розробив унікальний метод керування звуками цих комах за допомогою вживлених електродів.

Для свого дослідження науковці обрали вид Graptopsaltria nigrofuscata — великих коричневих цикад, поширених по всій Японії. Цей вибір не був випадковим: саме ці комахи мають відповідні анатомічні особливості — великі розміри тіла та відносно невелику кількість м'язів поблизу тимбальних органів, що полегшує хірургічне втручання.

Звуковидобування у цикад відбувається завдяки парі особливих органів, які називаються тимбалами. Ці ребристі мембрани, розташовані під черевцем комахи, вигинаються назовні та всередину під дією спеціалізованого м'яза, створюючи характерне клацання. Коли такі клацання повторюються сотні разів на секунду, вони утворюють безперервний резонансний звук. Порожнисте черевце комахи при цьому діє як резонатор, подібно до корпусу скрипки, підсилюючи звук.

Дослідники вживили електроди в тимбальні органи цикад і підключили їх до комп'ютерного інтерфейсу та підсилювача. Це перетворило комах на незвичайні живі MIDI-програвачі. Різні напруги викликали різні тони звучання. Деякі комахи могли видавати низьке ля частотою 27,5 герц, інші — високе до частотою 261,6 герц. З часом дослідникам вдалося досягти того, що комахи виробляли звуки в діапазоні понад три октави, що можна порівняти з діапазоном глокеншпіля.

Справжнім випробуванням стало виконання цикадами «Канону» Пахельбеля. Хоча результат навряд чи можна назвати досконалим з музичної точки зору, головним досягненням стала можливість біологічного контролю над комахами.

Експерименти з цикадами відкривають нові перспективи у створенні комах-кіборгів. Це напрямок досліджень активно розвивається з 1990-х років. Наприклад, у 2015 році дослідники з Техаського університету A&M керували тарганами за допомогою мініатюрних електродних рюкзаків. У 2021 році науковці в Сінгапурі спрямовували мадагаскарських шиплячих тарганів через змодельовані зони катастроф за допомогою електродів, з'єднаних з комп'ютером.

Такі мініатюрні кіборги мають низку переваг: вони стійкі до пошкоджень, енергоефективні та здатні пересуватися у вузьких і складних просторах. Це робить їх перспективними для використання в пошуково-рятувальних операціях та моніторингу довкілля. Тепер до цього списку можна додати і можливість аварійного оповіщення.

У своїй роботі, опублікованій на arXiv, дослідники припускають, що комахи-кіборги можуть бути особливо корисними в надзвичайних ситуаціях, таких як землетруси. Легкі літаючі комахи могли б передавати звукові сигнали тривоги навіть у зруйнованих будівлях або зонах катастроф, де електропостачання обмежене, а інфраструктура пошкоджена. Для цього їм не потрібні динаміки чи батареї — лише невелика кількість електрики та їхні власні органи звуковидобування.

Важливо зазначити, що під час експериментів дослідники намагалися мінімізувати втручання в організм комах. За словами Нішіди, процедури були малоінвазивними, і деякі цикади навіть демонстрували своєрідну «згоду» на використання їхнього черевця. Частину комах після експериментів випустили назад у природне середовище.

Хоча ідея хірургічно модифікованих комах може викликати неоднозначні почуття, а образ істот, що пульсують від електрики та виконують весільні мелодії в лабораторії, нагадує щось із dystopian-новели, у світі, де все більше проявляються наслідки кліматичних змін та технологічного прогресу, такі гібридні рішення можуть виявитися не просто науковою фантастикою, а необхідністю.