100 миллионов лет до летучих мышей: ИИ восстановил пение насекомых Юрского периода

Международная группа из 12 исследователей воссоздала стрекот девяти видов насекомых, обитавших 157–165 миллионов лет назад. Для работы ученые использовали 20 ископаемых крыльев, найденных в китайском поселении Даохугоу, и модель искусственного интеллекта. Оказалось, что вид Sigmaboilus peregrinus пел на ультразвуковых частотах за 100 миллионов лет до появления первых летучих мышей.

Проект возглавили Цзюнь-Цзе Гу из Сельскохозяйственного университета Сычуани, Фернандо Монтеалегре-Зета из Университета Линкольна и Торин Йонссон из Университета Граца. Команда объединила генетический анализ, лазерные измерения живых насекомых и машинное обучение. Результаты исследования доказывают: акустический мир Юрского периода был значительно разнообразнее, чем предполагалось ранее.

Двадцать свидетелей из каменной летописи

Окаменелости из формации Цзюлуншань принадлежат к подотряду длинноусых прямокрылых — предкам современных сверчков и кузнечиков. Семь видов относятся к семейству профалангопсид (из которых до наших дней дожили лишь девять видов), а еще два — к вымершим хаглидам.

Самцы этих насекомых поют, потирая крылья друг о друга. Зубчатая жилка (стридуляционная пилка) на одном крыле задевает жесткий край другого (плектрум). Каждое движение создает базовую единицу звука — слог. Тон зависит от количества и расположения зубцов, а также от вибрационных свойств крыла. В образцах из Даохугоу эти микроскопические детали сохранились настолько хорошо, что ученые смогли пересчитать их по отдельности.

От лазерного сканирования к древним крыльям

Сначала биологи проверили точность метода на современных сверчках и кузнечиках. Вибрации их крыльев измерили лазерным виброметром Доплера, подтвердив, что компьютерная модель верно воспроизводит реальный звук.

Затем алгоритмы применили к ископаемым остаткам. Исследователи восстановили контуры крыльев, рассчитали их резонанс и приложили к виртуальной «пилке» силу, характерную для настоящих насекомых. Чтобы уточнить частоту звука, использовали данные о 147 современных видах и их генетическом родстве.

Роль машинного обучения

Ритм песни — частота повторения слогов — не фиксируется в камне. Для его реконструкции применили регрессию гауссовских процессов. Модель обучили на параметрах живых насекомых: длине жилок, числе зубцов и доминирующей частоте. Искусственный интеллект предсказал количество слогов в секунду для каждого вымершего вида, что позволило синтезировать гипотетический аудиоландшафт мезозоя.

Ультразвуковая оборона

Пять изученных видов издавали низкие звуки в диапазоне 5–7 кГц. Такой стрекот характерен для современных полевых сверчков; он медленно затухает у поверхности земли. Остальные четыре вида пели на более высоких частотах. Sigmaboilus peregrinus работал в диапазоне от 20,4 до 22,5 кГц — это ультразвук, который человеческое ухо не воспринимает.

Долгое время считалось, что ультразвуковой слух и пение развились у насекомых как реакция на появление летучих мышей в эоцене (около 55 млн лет назад). Новое исследование опровергает эту теорию. Ультразвук стал ответом на угрозу со стороны первых млекопитающих и их предков. Чистые высокие тона сложнее локализовать, что позволяло насекомым звать партнеров, не выдавая свое точное местоположение хищникам, которые «подслушивали» их в лесу.

Авторы называют это древнейшей известной «акустической гонкой вооружений». Летучие мыши появились намного позже в мире, который уже был наполнен ультразвуковыми сигналами.

Границы реконструкции

Ученые подчеркивают, что восстановили только структуру базового слога. Модуляции частоты и сложные временные узоры зависят от работы нервной системы, которая не превращается в окаменелость. Также остается открытым вопрос о том, как именно эти насекомые слышали друг друга, поскольку органы слуха в ископаемом материале не сохранились.