کرمی که بدون داشتن گوش میشنود!

به گزارش مجله خبری نگار/سیناپرس، پژوهشگران دریافتند کرم‌های بدون گوش با مو‌های ریز روی بدن امواج صوتی را حس می‌کنند؛ کشفی که می‌تواند به ساخت میکروفون‌های حساس‌تر کمک کند.

در باغ ساکتی در تابستان، کرمی روی شاخه نشسته و بی‌دغدغه برگ می‌خورد. چند لحظه بعد ناگهان بی‌حرکت می‌شود. خطری را حس کرده است؛ آن هم درست به‌موقع. زنبوری از پشت نزدیک می‌شود و طعمه‌اش را زیر نظر گرفته است.

کرم‌های شاخدار توتون (مرحله لاروی شب‌پره manduca sexta) گوش مشخصی ندارند، اما می‌توانند نزدیک‌شدن شکارچیانی مانند زنبور‌ها را تشخیص دهند. پرسش این است که چنین کرمی بدون داشتن ساختاری شبیه گوش، چگونه متوجه صدای اطرافش می‌شود؟

دانشمندان هنوز پاسخ کاملی برای این پرسش ندارند، اما پژوهش‌های تازه نشان می‌دهد مو‌های بسیار ریز و فوق‌حساس روی بدن این کرم‌های پیله‌ساز ممکن است نقش اندام شنوایی را ایفا کنند.

حساسیت این مو‌ها آن‌قدر زیاد است که بررسی عملکردشان به محیطی تقریبا خالی از صدا نیاز دارد. به همین دلیل، پژوهشگران آزمایش‌های خود را در اتاق بی‌پژواک انجام داده‌اند؛ فضایی که برای حذف تقریباً کامل صدا و لرزش‌های محیطی ساخته می‌شود.

آزمایش کرم‌های پیله‌ساز در یکی از ساکت‌ترین محیط‌های جهان

اتاق‌های بی‌پژواک از ساکت‌ترین فضا‌های ساخته‌شده به‌دست انسان هستند. طراحی این اتاق‌ها به‌گونه‌ای است که تا حد ممکن هیچ صدای ناخواسته‌ای از بیرون وارد نشود.

برای جداکردن فضای داخلی از لرزش‌های محیط، خود اتاق روی فنر‌های فولادی قدرتمندی قرار می‌گیرد و عملا به‌صورت «شناور» از زمین جدا می‌شود. این ساختار باعث می‌شود ارتعاش‌های ساختمان، رفت‌وآمد و صدا‌های بیرونی نتوانند نتیجه‌ی آزمایش را تحت‌تأثیر قرار دهند.

پژوهشگران ابتدا می‌خواستند مشخص کنند کرم‌های پیله‌ساز تا چه اندازه به لرزش حساس هستند. به همین منظور، به‌مدت یک سال هر روز یک کرم روی سکویی قرار داده می‌شد و لرزش‌هایی با شدت‌های متفاوت به آن وارد می‌شد. برای ثبت دقیق حرکت سکو و اندازه‌گیری لرزش‌هایی که به بدن کرم می‌رسید، از شتاب‌سنج استفاده شد.

کرم شاخدار توتون بدون داشتن گوش، می‌تواند نزدیک‌شدن شکارچیانی مانند زنبور‌ها را احساس کند

واکنش کرم‌ها بسته به شدت لرزش متفاوت بود. بعضی اوقات از جای خود می‌پریدند، گاهی بدنشان تکان کوتاهی می‌خورد و در مواردی نیز شدت نیروی واردشده باعث لرزش شدید بدنشان می‌شد. با تکرار آزمایش‌ها، پژوهشگران توانستند آستانه‌ای مشخص برای حساسیت کرم‌ها به لرزش پیدا کنند. پایین‌تر از این شدت، دیگر هیچ واکنش ظاهری در حیوان دیده نمی‌شد.

این آستانه اهمیت زیادی داشت، زیرا امکان انجام آزمایش بعدی را فراهم می‌کرد: آیا کرم فقط لرزش سطح زیر بدنش را حس می‌کند یا واقعا قادر است صدایی را که در هوا حرکت می‌کند بشنود؟

برای پاسخ به این پرسش، گروه تحقیق این بار کرم‌ها را در همان اتاق بی‌پژواک در معرض صدای منتشرشده در هوا قرار داد. اگر کرم‌ها به صدا‌هایی واکنش نشان می‌دادند که لرزش فیزیکی ایجادشده توسط آنها پایین‌تر از آستانه‌ی تشخیص کرم بود، می‌شد نتیجه گرفت واکنش صرفا ناشی از لرزش سکو نیست و خود موج صوتی نیز به شکلی توسط حیوان دریافت می‌شود.

بررسی سازوکار شنوایی کرم شاخدار توتون آزمایش روی کرم شاخدار توتون در اتاق بی‌پژواک دانشگاه بینگهامتون انجام شد.

البته آزمایش با مشکلی همراه بود. صدا فقط در هوا حرکت نمی‌کند، بلکه می‌تواند اجسام اطراف را نیز به لرزش درآورد. بنابراین، ممکن بود کرم در واقع خود صدا را نشنود و فقط لرزش ایجادشده در سکویی را که روی آن قرار داشت، حس کند. برای حذف این احتمال، پژوهشگران هم‌زمان با پخش صدا از شتاب‌سنج استفاده کردند و میزان لرزش سکو را اندازه گرفتند.

سپس دو حالت با هم مقایسه شد: حالتی که محرک فقط لرزش مستقیم سکو بود و حالتی که صدایی در هوا پخش می‌شد و به‌طور غیرمستقیم مقدار اندکی لرزش در سکو ایجاد می‌کرد.

نتیجه تفاوت مهمی را نشان داد. کرم‌ها همچنان به صدا واکنش نشان می‌دادند، حتی زمانی که میزان لرزش سکو پایین‌تر از آستانه‌ای بود که در آزمایش قبلی می‌توانست واکنش ایجاد کند. این مشاهده نشان می‌داد کرم‌ها احتمالا صدای منتشرشده در هوا را به‌طور مستقل از لرزش سطح زیر بدنشان دریافت می‌کنند.

اگر گوش ندارند، با چه چیزی می‌شنوند؟

پس از مشخص‌شدن توانایی کرم‌ها در تشخیص صدا، پرسش بعدی مطرح شد: چه بخشی از بدن آنها نقش گوش را بر عهده دارد؟

به‌طور کلی، صدا از دو ویژگی اصلی قابل تشخیص است: فشار ناشی از موج صوتی و حرکت ذرات هوا که در جریان عبور موج جابه‌جا می‌شوند. در بیشتر پستانداران، شنوایی به پرده‌ی گوش وابسته است. فشار موج صوتی باعث لرزش این غشا می‌شود و لرزش آن نیز به استخوان‌ها و ساختار‌های دیگر گوش منتقل می‌شود.

مو‌های میکروسکوپی روی بدن این کرم‌ها ممکن است نقش سیستم شنوایی را ایفا کنند

در بسیاری از حشرات نیز ساختار‌هایی مشابه اندام صماخی وجود دارد. این اندام‌ها معمولا شامل بخش‌هایی نازک یا کیسه‌های پر از هوا هستند که با برخورد موج صوتی به لرزش درمی‌آیند و جانور این لرزش‌ها را به‌عنوان صدا تشخیص می‌دهد.

اما کرم‌های شاخدار توتون چنین اندام صماخی آشکاری ندارند. همین موضوع باعث شده بود نحوه‌ی شنوایی آنها برای پژوهشگران مبهم باقی بماند. بررسی مطالعات قدیمی‌تر و مشاهده‌ی دقیق بدن کرم‌های پیله‌ساز زیر میکروسکوپ، توجه پژوهشگران را به مو‌های مشخصی روی سطح بدن آنها جلب کرد.

برای بررسی نقش این موها، واکنش کرم‌ها به صدا پیش و پس از حذف آنها مقایسه شد. در برخی آزمایش‌ها تمام این مو‌ها با استفاده از موچین و زیر میکروسکوپ برداشته شدند. در آزمایش‌های دیگر فقط چند موی خاص به‌طور هدفمند حذف شد تا مشخص شود آیا هر کدام از آنها به محدوده‌ی متفاوتی از صدا حساس هستند یا خیر.

نتیجه بسیار واضح بود. با حذف بعضی از موها، واکنش‌های دفاعی کرم‌ها به صدا به‌شدت کاهش پیدا کرد. میزان این کاهش نیز به فرکانس صدا و اینکه دقیقا کدام مو‌ها برداشته شده بودند بستگی داشت. براین‌اساس، مو‌های مختلف روی بدن کرم احتمالا برای دریافت فرکانس‌های متفاوت تنظیم شده‌اند؛ به این معنی که برخی ممکن است به صدا‌های بم‌تر و برخی دیگر به فرکانس‌های بالاتر حساس باشند.

پژوهش هنوز ادامه دارد و نتایج نهایی آن در نشریه‌ای علمی منتشر نشده است. بااین‌حال، آزمایش‌های انجام‌شده تاکنون شواهدی ارائه می‌دهند که نقش مستقیم این مو‌های میکروسکوپی در شنوایی کرم‌ها را تقویت می‌کند.

مو‌هایی که ممکن است الهام‌بخش میکروفون‌های جدید شوند

اهمیت یافته‌ها فقط به شناخت حواس یک حشره محدود نمی‌شود. درک اینکه ساختار‌هایی به این کوچکی چگونه می‌توانند تغییرات بسیار ظریف در هوا را تشخیص دهند، ممکن است برای مهندسی ابزار‌های صوتی نیز کاربرد داشته باشد.

میکروفون‌های معمولی عمدتا با استفاده از یک غشا کار می‌کنند. موج صوتی به این غشا برخورد می‌کند و تغییر فشار هوا باعث حرکت آن می‌شود. دستگاه سپس این حرکت را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

مو‌های حساس کرم‌ها ممکن است از سازوکاری متفاوت استفاده کنند. به‌جای اینکه فقط فشار موج صوتی را تشخیص دهند، احتمالا به حرکت ذرات هوا در جریان عبور موج واکنش نشان می‌دهند. اگر بتوان این سازوکار زیستی را در فناوری تقلید کرد، میکروفون‌های آینده ممکن است علاوه‌بر فشار صدا، سرعت حرکت ذرات هوا را نیز اندازه بگیرند. این تفاوت مزیت مهمی دارد. میکروفونی که حرکت ذرات هوا را تشخیص دهد، می‌تواند علاوه‌بر شدت صدا، جهت ورود آن را نیز مشخص کند.

حواس عجیب یک کرم کوچک شاید به ساخت میکروفون‌های دقیق‌تر در آینده کمک کند

چنین قابلیتی برای فناوری‌هایی مانند سمعک اهمیت زیادی دارد. میکروفونی که هم فشار صوت و هم جهت حرکت ذرات هوا را ثبت کند، می‌تواند به کاربر نشان دهد صدا از کدام سمت می‌آید و شدت آن چقدر است.

برای فردی که از سمعک استفاده می‌کند، تشخیص جهت منبع صدا می‌تواند در محیط‌های شلوغ تفاوت قابل‌توجهی ایجاد کند؛ مثلا هنگام مکالمه در رستوران یا خیابان، دستگاه می‌تواند بهتر تشخیص دهد کدام صدا از روبه‌رو و کدام‌یک از اطراف می‌آید. به همین دلیل، بررسی این «مو‌های شنوایی» ممکن است در آینده به طراحی میکروفون‌های جهت‌داری منجر شود که ساختار آنها به‌جای پرده‌های رایج، از سامانه‌ی حسی حشرات الهام گرفته است.

درحال‌حاضر مشخص نیست هر یک از مو‌های بدن کرم دقیقا چه فرکانس‌هایی را دریافت می‌کنند و اطلاعات صوتی چگونه از آنها به دستگاه عصبی منتقل می‌شود. پاسخ به این پرسش‌ها به آزمایش‌های بیشتری نیاز دارد.

به نقل از زومیت، بااین‌حال، نتایج اولیه تصویر جالبی از سامانه‌ی حسی کرم‌های شاخدار توتون ارائه می‌دهد: جانوری که گوش قابل‌مشاهده‌ای ندارد، اما احتمالا با مجموعه‌ای از مو‌های بسیار ظریف روی بدنش صدای نزدیک‌شدن شکارچیان را تشخیص می‌دهد.

پژوهش درباره‌ی همین سازوکار ساده و ظاهرا عجیب شاید درنهایت به ساخت ابزار‌هایی منجر شود که بتوانند صدا را نه‌فقط بشنوند، بلکه جهت حرکت آن را نیز با دقت بیشتری تشخیص دهند.