La comunicación animal siempre ha fascinado a los científicos. Desde llamadas para aves hasta canciones de ballenas, las señales acústicas ayudan a las especies a encontrar compañeros, advierten peligro y marcan el territorio.
Pero si bien muchos animales usan cadenas vocales, algunos se basan en una mecánica completamente diferente. Los grillos, por ejemplo, crean sus chirridos característicos usando vibraciones intrincadas.
La reconstrucción de estas canciones, especialmente para especies extintas, ha sido durante mucho tiempo un desafío. Las cuerdas vocales y los tejidos suaves rara vez fosilizan y los científicos a menudo tienen que reunir pistas incompletas.
Ahora, los investigadores de la universidad occidental han desarrollado un método revolucionario que puede recrear cuidadosamente las canciones de cricket utilizando muestras preservadas y modelos de computadoras avanzadas.
Cómo se recrearon las canciones de los grillos
Este enfoque combina mediciones detalladas de alas de cricket preservadas con modelos de elementos finitos (FEM). Se centra en la estructura física de las alas, proporcionando sus patrones de vibración y las frecuencias de las canciones con precisión sin precedentes.
Los resultados, publicados en Royal Society Open ScienceVino del Laboratorio Natasha Mhatre, profesor de biología y presidente de la investigación en Canadá en la neurobiología de los invertebrados. Ella y su equipo apuntan a comprender mejor la comunicación de insectos y arañas.
El sistema de modelado también puede incluir los modelos de vibración de alas para los cuales no ha sido diseñado. Este salto hacia adelante cambia la forma en que los científicos estudian las muestras preservadas y abre la posibilidad de relanzar sonidos de una especie extinta.
Cómo sonar los grillos
Grilli no usa cadenas vocales para producir sonidos. En cambio, crean canciones a través de vibraciones en sus frentes. Estas alas son estructuras extensas y coriáceas que protegen el cuerpo del cricket y contienen las microestructuras especializadas requeridas para chirrirse.
La disposición de las venas en las advertencias juega un papel fundamental en la frecuencia de las canciones.
«Cada ala de cricket tiene un modelo de venas que lo cruzan, que son estructuralmente fundamentales para hacer canciones», dijo Mhatre.
«Algunas de estas venas se utilizan para generar las fuerzas que hacen que el ala vibre y produce sonidos. Otras endurecen las áreas locales dentro del ala y desarrollan las estructuras resonantes que vibran a frecuencias específicas».
El nuevo modelo proporciona mejores resultados
Durante años, los científicos han utilizado FEM y las mediciones de muestras preservadas para estudiar llamadas de cricket.
Sin embargo, ambos enfoques se basaron en la simplificación de hipótesis. Los modelos FEM anteriores trataban las venas densas como fijas, lo que no reflejaba la realidad.
El nuevo estudio ha mejorado la precisión al bloquear las alas solo en la base, ya que se basan naturalmente.
Los investigadores también modelaron directamente los efectos de endurecer las venas. Este enfoque también funcionó para las variaciones de las alas entre las especies de cricket y los pronósticos mejorados en los modelos de vibración.
Usando muestras preservadas
El equipo también probó las alas de cricket conservadas. Las muestras secas vibraron de manera similar a las vidas, pero a frecuencias más altas debido a las cutículas endurecidas.
La rehidratación de las alas ha restaurado sus frecuencias de resonancia, haciéndolas más comparables a los grillos vivos.
Este descubrimiento significa que las muestras preservadas pueden ayudar a predecir las canciones de especies extintas o raras.
Al regular la rigidez, físicamente a través de la rehidratación o computacionalmente, hace de estos campeones una herramienta poderosa para estudiar la evolución acústica.
Las venas del ala cambian las canciones de cricket
Los modelos de vestimenta en las alas de cricket están genéticamente guiados e influyen en la frecuencia de las canciones. Los cambios en estos esquemas pueden guiar los cambios evolutivos en las señales de comunicación.
Al modelar la venección y las resonancias sin hipótesis en las áreas inamovibles, los científicos pueden rastrear la forma en que las estructuras de las alas han modelado la evolución de la canción del cricket.
Este método también puede analizar los campeones fósiles, incluso cuando solo hay dos impresiones dimensionales disponibles.
Informando canciones de cricket perdidas
La metodología refinada abre la posibilidad de reconstruir las canciones de las especies que han desaparecido hace mucho tiempo. Los campeones y fósiles del museo ahora se pueden analizar para detectar sus rasgos acústicos, ofreciendo una nueva ventana sobre la comunicación de insectos a lo largo del tiempo.
«Desarrollamos una forma más confiable de gestionar la reconstrucción de la función acústica del cricket a partir de la morfología, utilizando modelado computacional y campeones preservados», dijo Mhatre.
Colaboración y direcciones futuras
El estudio comenzó durante la pandemia Covid-19 e incluyó a Nathan Bailey de la Universidad de St. Andrews.
Tres de los antiguos estudiantes universitarios de Mhatre, Sarah Duke, Ryan Weiner y Gabriella Simonelli, también contribuyeron como coautores.
Este punto de inflexión podría inspirar estudios a gran escala sobre la diversidad de las canciones de cricket. La comparación entre la mecánica de las alas entre las especies puede revelar cómo la morfología guía la comunicación y la especificación en el mundo de los insectos.
El estudio se publica en la revista Royal Society Open Science.
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