بازسازی دنیای صوتی عصر ژوراسیک توسط دانشمندان

دانشمندان موفق به بازسازی بخشی از دنیای صوتی عصر ژوراسیک شدند.

به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، پژوهشگران با استفاده از یادگیری ماشین و فسیل بال حشرات باستانی، سیگنال‌های صوتی و فراصوتی موجود در زیستگاه‌های دوره ژوراسیک را شبیه‌سازی کردند.

صدای جیرجیر حشرات در جنگل‌های ژوراسیک در مستند جدید نتفلیکس به نام «دایناسورها»، نتیجه تخیل طراحان صدا نیست. بخشی از این صداها بر اساس ساختار بال فسیل‌هایی که حدود ۱۶۵ میلیون سال قدمت دارند، بازسازی شده‌اند.

پژوهشگران با ترکیب فسیل‌های به‌خوبی حفظ‌شده، آزمایش روی حشرات امروزی، شبیه‌سازی رایانه‌ای و یادگیری ماشین، بخشی از دنیای صوتی دوره ژوراسیک میانی را بازسازی کرده‌اند. این تحقیق، تصویری شگفت‌انگیز از جنگل‌هایی را به نمایش می‌گذارد که احتمالاً شب‌هایشان پر از صداهای حشرات بوده و حتی صداهایی در محدوده‌ای که گوش انسان قادر به شنیدنشان نیست، تولید می‌کرده‌اند.

به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، در این مطالعه، ۲۰ فسیل متعلق به ۹ گونه از حشرات گروه انسیفرا (Ensifera) بررسی شده است. این جانوران از خویشاوندان باستانی جیرجیرک‌ها و زنجرک‌های شاخک‌بلند امروزی هستند و فسیل‌هایشان در سازند جیولونگشان در مغولستان داخلی چین کشف شده است.

صدای حشرات از طریق مالش دو بال به یکدیگر تولید می‌شد. روی یکی از بال‌ها رگه‌ای دندانه‌دار شبیه سوهان قرار داشت و ساختاری در بال مقابل با کشیده‌شدن روی آن، بال را به ارتعاش درمی‌آورد و صدا تولید می‌کرد. فاصله و اندازه دندانه‌ها و همچنین شکل بخش مرتعش بال، اطلاعات ارزشمندی درباره فرکانس صدای حشره در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

پژوهشگران برای اطمینان از اینکه اطلاعات موجود واقعاً می‌تواند صدای حشرات را آشکار کند، ابتدا مدل‌های زیست‌مکانیکی خود را روی نزدیک به ۱۰۰ گونه حشره امروزی آزمایش کردند. آن‌ها با استفاده از لیزر، نحوه ارتعاش بال‌ها را اندازه‌گیری کردند و سپس داده‌ها را با شبیه‌سازی رایانه‌ای و مدل‌های یادگیری ماشین ترکیب کردند. در مرحله بعد، همین روش را روی بال‌های فسیل‌شده به کار بردند تا فرکانس و برخی ویژگی‌های صدای حشرات منقرض‌شده را تخمین بزنند.

رقابت میان گونه‌های مختلف برای استفاده از فضای صوتی می‌توانست باعث شود هر گونه به محدوده فرکانسی متفاوتی روی بیاورد. بیشتر گونه‌های بررسی‌شده احتمالاً صداهایی با فرکانس نسبتاً پایین، در حدود ۵ کیلوهرتز، تولید می‌کردند؛ محدوده‌ای که با صدای برخی جیرجیرک‌های امروزی شباهت دارد. اما یک گونه، یعنی سیگمابوئیلوس پرگرینوس (Sigmaboilus peregrinus)، ظاهراً صداهایی با فرکانس بیش از ۲۰ کیلوهرتز تولید می‌کرده است؛ محدوده‌ای که از آستانه شنوایی معمول انسان فراتر می‌رود و در دسته صداهای فراصوت قرار می‌گیرد.

یافته‌ها از نظر تکاملی اهمیت زیادی دارد. تا پیش از این، خفاش‌ها یکی از عوامل اصلی تکامل ارتباط فراصوتی در حشرات در نظر گرفته می‌شدند؛ زیرا بسیاری از خفاش‌ها برای یافتن شکار از پژواک‌یابی استفاده می‌کنند. اما خفاش‌ها حدود ۵۵ میلیون سال پیش در فسیل‌ها ظاهر شدند؛ یعنی ده‌ها میلیون سال پس از حشراتی که در این پژوهش بررسی شده‌اند.

بنابراین، حشرات خیلی پیش از ظهور خفاش‌ها وارد محدوده فراصوت شده بودند. پژوهشگران احتمال می‌دهند پستانداران اولیه یا دیگر شکارچیان آن زمان با شنیدن صدای حشرات، به‌تدریج فشاری تکاملی ایجاد کرده باشند که به تغییر شیوه ارتباط این حشرات منجر شده است.

یکی از ویژگی‌های جالب صداهای بازسازی‌شده، خلوص آن‌ها است. بسیاری از این حشرات احتمالاً صداهایی داشتند که انرژی‌شان در محدوده باریکی از فرکانس متمرکز بود؛ نوعی صدای خالص که بیشتر شبیه نت موسیقی است تا وزوز یا صدای خش‌دار برخی حشرات امروزی.

چنین صداهایی شاید یافتن محل دقیق حشره را برای شکارچیان دشوارتر می‌کرد. علاوه‌براین، رقابت میان گونه‌های مختلف برای استفاده از فضای صوتی می‌توانست باعث شود هر گونه به محدوده فرکانسی متفاوتی روی بیاورد. به این ترتیب، جنگل‌های ژوراسیک احتمالاً به مجموعه‌ای از «مکان‌های صوتی» تقسیم شده بودند؛ صداهایی نزدیک زمین و صداهایی دیگر در میان پوشش گیاهی بالاتر.

البته فسیل‌ها همه‌چیز را درباره آواز حشرات آشکار نمی‌کنند. دانشمندان می‌توانند از روی شکل بال‌ها فرکانس و ویژگی‌های پایه صدا را تخمین بزنند، اما ریتم و الگوی زمانی آواز قابل بازسازی نیست؛ زیرا این ویژگی‌ها به فعالیت دستگاه عصبی و حرکت بال‌ها وابسته‌اند و در فسیل باقی نمی‌مانند.

بااین‌حال، حشرات دریچه‌ای کم‌نظیر به دنیای صوتی گذشته زمین باز می‌کنند. برخلاف بسیاری از جانوران، ساختار سخت و دندانه‌دار تولید صدای آن‌ها می‌تواند در فسیل حفظ شود. در مورد دایناسورها، انجام این نوع بازسازی بسیار دشوار است؛ زیرا اندام‌های تولید صدای آن‌ها عمدتاً از بافت نرم تشکیل شده و به‌ندرت فسیل شده‌اند.

نتیجه پژوهش، تصویری متفاوت از جنگل‌های ژوراسیک ارائه می‌دهد: محیطی که به‌جز صدای قدم‌های دایناسورها یا غرش شکارچیان در تاریکی شب، احتمالاً پر از جیرجیر و نغمه حشراتی بود که برخی از آن‌ها صداهایی خارج از محدوده شنوایی انسان تولید می‌کردند.

گزارش یافته‌ها در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.