איך חרקים שומעים?

יש אנשים שרק למשמע המילה "חרקים" יתפתלו בכיסא בחוסר נוחות, או אפילו יטפסו על השולחן בצווחות אימה. אבל האם הם יכולים בכלל לשמוע את הצרחות שלנו כשאנחנו פוגשים בהם? התשובה לכך חיובית. חלק מהחרקים יכולים לשמוע, ויש אפילו חרקים שאיברי השמיעה שלהם דומים באופן מדהים לשלנו.

יכולת השמיעה של חרקים שונים מגוונת מאוד, וכך גם מה שהם שומעים. יתושים יכולים לשמוע עד מרחק של מטר, ואילו צרצרים עד למרחק של קילומטר. גמל שלמה יכול לשמוע צלילים על-קוליים (אולטרה-סאונד), ואילו צרצרים מזהים תדרי קול נמוכים. חרקים שומעים מה שהם צריכים לשמוע, והאבולוציה סיפקה להם את מה שהיה דרוש לשם כך.

אב קדמון חירש

החרק הראשון שעלה על היבשה, לפני 400 מיליון שנים בערך, היה כנראה חירש. מאותו אב קדמון התפתחו יותר מ-900,000 מינים של חרקים, שרובם נשארו חירשים, אבל חלקם רכשו את היכולת לשמוע צלילים שנישאים באוויר. עם חלוף הזמן, מיני חרקים שונים מצאו פתרונות שונים לשמיעה, אבל אותם שני צרכים הניעו את האבולוציה של איברי השמיעה שלהם: הצורך בתקשורת שתגשר על פני מרחקים גדולים, והצורך להבחין בטורפים כדי לחמוק מהם.

לדוגמה, במשפחת החגבאים (Orthoptera) השמיעה התפתחה תחילה כדי להקל על היצורים האלה לתקשר זה עם זה. מאובנים מלפני 165 מיליון שנים מראים שלאבות הקדמונים של הצרצרים היה איבר שמיעה שאִיפשר להם לקלוט מרחוק את שירתם של הזכרים. הצרצרים רכשו שמיעה לצורך תקשורת הרבה לפני שפיתחו שמיעה לצורך זיהוי טורפים, מכיוון שהעטלפים, הטורפים חרקים, הופיעו רק לפני כ-65 מיליון שנים. סדר העניינים הזה השפיע על התפתחות מנגנון השמיעה של צרצרים, וכנראה גם על התפתחות איברי השמיעה של גמלי שלמה, חיפושיות, דבורים ופרפרים.

אף שיכולת השמיעה התפתחה באופן בלתי תלוי פעמים רבות במהלך האבולוציה של קבוצות חרקים שונות, רוב החרקים נותרו חירשים. למשל, מבין כ-350,000 מינים של חיפושיות, יכולת השמיעה התפתחה בשני מינים בלבד (מין של זבלית ומין של גדית). אף שחיפושיות רבות מתקשרות באמצעות רטט, רובן אינם מסוגלות לשמוע.

שומע אותך. האוזן של החרגול ממוקמת בפרק השני של הרגל הקדמית | צילום: Science Photo Library

אוזניים בכל מקום

באופן כללי, כדי לשמוע צלילים שנישאים באוויר, יש צורך באיבר חישה שיכול לקלוט את גלי הקול שבאוויר, להפוך אותם לרטט מכני ולהמיר אותו לאותות חשמליים. המוח, מצידו, מתרגם את האותות החשמליים האלה לצלילים. אצל בני בני אדם גלי הקול נכנסים לאוזן דרך תעלת השמיעה החיצונית, פוגעים בעור התוף וגורמים לו לרטוט. הרטט הזה מועבר מעור התוף לעצמות השמע שמחוברות אליו, ועושה את דרכו לתעלה פנימית מלאה בנוזל הקרויה ״שבלול״, שם התנודות מזיזות שערות זעירות ששולחות אותות חשמליים למוח.

בחרקים הסיפור שונה מעט. מה שמשותף לאיברי השמיעה בחרקים הוא סדרה של קולטנים הנמתחים לאורך גוף החרק ונקראים איברים כורדוטונאליים (chordotonal organs). איברים אלו מסוגלים לזהות את התנוחה ואת התנועה היחסית של חלקי גוף שונים; אך האבולוציה עיצבה חלק מהם כך שיוכלו לאתר את התנודות שנוצרות בעקבות גלי הקול.

במהלך האבולוציה, אחד מזוגות האיברים הכורדוטונאליים שממוקמים לאורך הגוף הוסבו מאיברי חישת מיקום לאיברי שמיעה. וכיוון שהקביעה איזה זוג של איברים כורדוטונאליים יהפוך לאיברי שמיעה נעשתה באקראי, ובאופן בלתי תלוי בקבוצות שונות של חרקים, הם נמצאים בשלל מיקומים בגופם של חרקים שונים: יתושים, יבחושים, דבורי דבש וזבובים פיתחו איברי שמיעה על האנטנות שלהם. לחרקים מרושתי כנף (ארינמלים וקרוביהם) יש אוזניים על הכנפיים, ואילו צרצרים וחגבים נושאים את איברי השמיעה בקדמת גופם. מינים מסוימים של חרקים טפילים פיתחו איברי שמיעה באזור הצוואר שלהם, וזאת כדי שיוכלו למקם טוב יותר את הביצים שהם מטילים על המארח שלהם. יש חרקים שהמירו יותר מזוג אחד של איברים כורדוטונאליים לאיברי שמיעה; דוגמה מדהימה לכך היא חרגול בשם Bullacris membracioide, שנושא על בטנו שישה זוגות של איברי שמיעה.

כדי שהאיברים הכורדוטונאליים יוכלו לשמש כאיברי שמיעה, היה צורך לפתח חלק באיבר שיוכל להגיב לתנודות הקול. במהלך האבולוציה הצליחו חרקים לפתח שני מנגנונים כאלו: המנגנון הראשון הוא אנטנה שזזה בעקבות גלי הקול שבאוויר, ואילו המנגנון השני הוא יצירה של מעין "עור תוף" – קרום דק שנמצא בין שני חללים ורוטט בעקבות שינוי הפרש הלחצים ביניהם.

ברוב החרקים, עור התוף נמצא בין שני שקי אוויר. יוצאי הדופן הם חרקים ממשפחת החרגוליים, דוגמת Copiphora gorgonensis, שעור התוף שלו נמצא בין שק אוויר לשק מלא בנוזל – מבנה שדומה באופן מדהים למבנה האוזן של בני אדם. בעשים, עור התוף לא התפתח לקרום דקיק אלא למעין מבנה דמוי לוחית שנוצר מקשקשים חופפים, שיכול לקלוט את הרטט מגלי הקול שבאוויר ולהעביר אותו לשקי אוויר פנימיים.

יכולת חיקוי משובחת: C. leucoviridis מחקה נקבות של ציקדות וטורף את הזכרים | צילום: Marshall, D and Hill, K, PLoS One

גרסה מיניאטורית של האוזן האנושית

חרקים ממשפחת החרגוליים (Tettigoniidae) הם בעלי האוזניים הקטנות ביותר, אחת על כל רגל קדמית ממש מתחת ל"ברך". בעזרת אוזניהם הקטנות הם יכולים לזהות את השירה של בני זוג פוטנציאליים, למצוא אוכל ואפילו לאתר עטלפים לפי הקולות שהם משמיעים.

אחד ממיני החרגוליים באוסטרליה, Chlorobalius leucoviridis, ניצל את כושר השמיעה שלו כדי ללכוד טרף בצורה ערמומית מאוד: הוא מפתה זכרי ציקדות על ידי חיקוי שירת החיזור של הנקבות בדואט ההזדווגות של הציקדות. הטריק הזה דורש ממנו לזהות דפוסים מורכבים של צליל ולפענח מהו התזמון הנכון להשמיע אותם.

למרות גודלן הקטן של האוזניים במשפחת החרגוליים, אוזניים אלו מורכבות וייחודיות, ובאופן מדהים, די דומות לאוזניים שלנו. צוות מחקר מאוניברסיטת לינקולן באנגליה החליט לגלות את מסתרי האוזן המיניאטורית של החרגוליים. באמצעות מיקרוסקופ לייזר סורק וסריקה בקרני רנטגן, הצליחו החוקרים לשחזר את מערכת השמיעה של Copiphora gorgonensis ממשפחת החרגוליים, וגילו שני מבנים שלא היו ידועים עד אז: צלחת קטנה וקשיחה שממוקמת מאחורי עור התוף, וצינור מלא נוזל ובו שורה של קולטנים.

על ידי שימוש בלייזר שפגע בעור התוף והוחזר ממנו (וכך דימה, בעצם, את תנועת גלי הקול כשהם פוגעים בעור התוף), הצליחו החוקרים להראות שהצלחת הקטנה מעבירה תנודות מעור התוף לנוזל שבצינור. מנגנון זה מזכיר באופן מדהים את עצמות השמע שמעבירות תנודות מעור התוף למבנה השבלול מלא הנוזל שבאוזן האדם.

האבולוציה עשתה ניסיונות רבים ושונים לעצב אוזניים בחרקים, והתוצאה היא מגוון עצום של מבנים ומנגנונים. חרקים רבים מפיקים קולות שהם מעבר לטווח השמיעה שלנו, ולכן אנחנו נוטים להתעלם מהם לחלוטין. אף שרוב איברי השמיעה של חרקים קשים לזיהוי, הם כבר לא בלתי נראים לעינינו, ועם הופעתם של כלים חדשים וטכנולוגיות מתקדמות, אנחנו מגלים אט-אט את עולם הצלילים המורכב של החרקים.