Zakaj se žužki tresejo in zakaj nas mora to zanimati?

Ljudje smo vizualno orientirana in vedno tako zelo zaposlena bitja, zato se včasih težko pripravimo k temu, da bi res prisluhnili že bolj atraktivnim primerom živalskega oglašanja, npr. ptičjemu petju ali zavijanju gibonov. Pa nam lahko povedo marsikaj, od identitete »pevca« in namena njegovega sporočila, do njegovega fiziološkega stanja in stopnje motivacije. Kaj šele, da bi poskusil razumeti tiste živali, ki se oglašajo tako, da jih sploh ne moremo slišati z golimi ušesi. Ob tem stavku bo razgledan bralec pomislil na ultrazvočne klice netopirjev, vendar beseda ne bo tekla o njih, pač pa o še bolj obskurni temi – žuželkah, ki se sporazumevajo z vibracijami podlage in smo jih za predmet preučevanja izbrali raziskovalci/ke skupine za entomologijo na Nacionalnem inštitutu za biologijo.

V dandanašnjih »kriznih razmerah« – pa pri tem mislim ravno tako na krizo vrednot kot na tisto ekonomsko – bo marsikdo (na čelu z našimi vrlimi organi odločanja, a o tem kdaj drugič) pomislil, da od snemanja, kako se žužki tresejo, pa res ne more biti koristi. Zakaj naj bi torej sofinanciral take bizarnosti? Vem, nisem nepristranski, a zgodovina je polna primerov, kako ozkogledno je tako razmišljanje. Poskusimo torej na konkretnem primeru spoznati, zakaj.

Oddajniki, medij in sprejemniki

Vibracijska komunikacija poteka tako, da žival, ki oddaja signale, vzbudi nihanje v trdni snovi – običajno podlagi, na kateri stoji. Nihanje potuje po snovi stran od oddajnika, pri čemer uboga fizikalne principe, in sčasoma doseže drugo žival (ali pa tudi ne). Ta nihanje zazna s svojimi čutili in se nanj odzove, če ga prepozna kot signal. Iz te suhoparne definicije sledi, da moramo za razumevanje komunikacije spoznati tri osnovne elemente: oddajnik, medij in sprejemnik. Vse troje je pri vibracijski komunikaciji zelo… posebno, kar prinaša že prvi nauk o komunikaciji: da so ti trije elementi neločljivo povezani med seboj in ni mogoče razumeti vsakega zase. Po drugi strani pa je toliko vprašanj, ki si jih kot raziskovalec lahko postaviš o vsakem, da lahko razumevanje napreduje samo z drobnimi koraki. Na tem mestu velja omeniti, da žuželke seveda še zdaleč niso edine živali, ki se sporazumevajo z vibracijami, a so priročne za delo, kar olajša sistematično postavljanje vprašanj in iskanje odgovorov nanje.

Posnetek oglašanja stenice zelene smrdljivke – samičin pozivni napev, registriran z laserskim vibrometrom

Če pogledamo za začetek oddajnik, je tu najprej splošno vprašanje – kaj želi sporočiti? Kljub navidez omejenemu sistemu so odgovori raznoliki. Vibracije so lahko za začetek udeležene pri komunikaciji med predstavniki iste vrste, ali pa predstavljajo most informacij med vrstami. Kar se namena tiče, ni bistvenih omejitev v primerjavi z drugimi načini komunikacije – lahko si z njimi spolna partnerja izmenjujeta informacije o identiteti, položaju in pripravljenosti na parjenje, lahko so uporabne za svarilo preostalim članom skupine, da je žival zaznala grožnjo, ali svarilo plenilcu samemu, pogosto pa gre samo za preprosto sporočilo o prisotnosti in položaju za označevanje teritorija ali vzdrževanje skupine. Bolj specifičen je seveda način, s katerim te signale proizvajajo. Najpreprostejša metoda za vzbujanje vibracij je seveda trkanje, za kar so žuželke s svojim trdnim skeletom zelo dobro opremljene in mnoge zares počnejo ravno to. Pri bolj prožnih podlagah, kot so zeleni deli rastlin, pa je učinkoviteje, da žival zaniha svoje telo z ritmičnim delovanjem mišic in bo z njo vibrirala tudi podlaga (list, steblo ipd.). Stenice, ki jih preučujemo pri nas, so se tako specializirale za ta način, da imajo posebno strukturo na zadku, ki ji pravimo »timbal«. To je del skeleta, v katerega se vpenjajo mišice, katerih naloga je izključno nihanje zadka gor in dol. Nihanje pa se potem preko nog prevaja na rastlino in od tam proti naslovniku.

S tem smo pri drugem elementu komunikacije – mediju. Ta se, odvisno od načina vzbujanja, upogiba na različne načine in s svojimi lastnostmi določa, kaj se po njem sploh lahko prenaša. Princip je isti kot pri glasbilih: trša struna bo oddajala višji ton kot mehkejša, ravno tako bo trkanje po lubju zanihalo rastlino z višjim tonom kot trkanje po listu. Na tem mejnem področju med biologijo in fiziko vedno bolj ugotavljamo, kako uglašene so skozi evolucijo postale žuželke s svojim medijem – po rastlini se namreč njihovi signali brez težav prenašajo tudi po en meter ali dlje. Stenice in drugi polkrilci recimo nihajo z razmeroma nizkimi frekvencami, saj zelene rastline kompletno odfiltrirajo vse ostalo, čim je razdalja od oddajnika malo večja. Tudi te živali včasih vseeno uporabljajo trkanje, vendar samo za sporazumevanje na krajše razdalje.

Kot smo izvedeli prej, oddajnik z vibracijami pogosto sporoča svoj položaj. Pa lahko enostavno nihanje sploh vsebuje takšno informacijo? Od medija na tej točki prehajamo k sprejemniku. Različne skupine žuželk so razvile različne rešitve za zaznavanje smeri signala, kar je spet povezano z omejenostjo zaradi majhne velikosti. Stenice, ki so večje, lahko uporabljajo časovno razliko – čas, ki ga val porabi, da prepotuje razdaljo med nasprotnima nogama, je sicer droben, a dovolj, da ga žuželka prevede v podatek o smeri, na podoben način kot mi zaznamo smer zvoka. Vibracije zaznavajo posebna čutila v nožnih sklepih, ki se odzivajo na ritmično nihanje pravih frekvenc, to pa potem živčevje predela in posreduje informacijo centrom za odločanje. Signali kot celota in njihovo zaporedje so koda, ki omogoča prepoznavanje. Posneli smo že številne vrste stenic in malih škržatkov, prav vsaka ima lasten repertoar zaporedij signalov, ki se razlikujejo predvsem po vzorcu dolžine in hitrosti ponavljanja.

Komunikacija

Zgoraj predstavljeni sistem je ogrodje za komunikacijo, ta dinamičen proces, ki je ključen v življenju vseh živih bitij. O njem se pišejo cele knjige, zato ne bom kompliciral in bom omenil samo nekaj podrobnosti. Ena od zanimivih ugotovitev je, da je vibracijska komunikacija evolucijsko starejša kot zvočna, saj jo poznajo praktično vse skupine žuželk, medtem ko se z zvokom množično sporazumevajo samo škržadi in kobilice (in manj množično predstavniki nekaj drugih skupin). Skrivnost je v tem, da so žuželke zaradi svoje majhnosti bolj slab vir zvoka, zato je ta način komunikacije prej izjema kot pravilo.

Na tej ravni našo skupino med drugim zanima, kako se vibracijska komunikacija kombinira z ostalimi načini komunikacije (na primer kemično komunikacijo s feromoni pri jamskih kobilicah), kakšen vpliv imajo omejitve, ki jih narekuje medij, kako raznolika je koda za prepoznavanje, kakšno vlogo imajo vibracijski signali pri nastanku novih vrst itd. Pri zadnjem je zanimiv primer malih škržatkov, kjer raziskujemo skupino zelo sorodnih vrst, ki jih je izredno težavno ločiti po telesnih značilnostih. Morfolog bi rekel, da je to mogoče ena sama vrsta, povsem druga slika pa se pokaže, ko posnamemo njihovo oglašanje. Napevi so si tako različni, da se osebki različnih vrst med seboj sploh ne prepoznajo več in posledično tudi parijo ne. Zato predstavljajo zgled za nastanek vrst, ki se je sodeč po telesni podobnosti zgodil šele pred kratkim, in ga študiramo tudi z ekološkega in genetskega vidika.

V sistemu oddajnik-medij-sprejemnik nisem omenil še enega elementa – to so neželeni poslušalci. Nekateri mali škržatki poznajo taktiko, pri kateri samec s posebnim tipom signala zmoti dvorjenje samca in si s tem pridobi nekaj časa pri iskanju samice. Bolj nevarno zanje pa je, da lahko dvorjenje zaznajo tudi druge živali. Tako smo pred kratkim dokazali, da nekateri pajki reagirajo na signal škržatka in tudi v naravi je opazno, da pogosteje uplenijo samce, ki so aktivnejši »pevci« od samic. (vir)

Kako in zakaj

Če si predstavljate, da potrebujemo posebne naprave za preučevanje neslišnih signalov, imate prav. Za snemanje signalov uporabljamo predvsem napravo, ki se imenuje laserski vibrometer. Ta naprava pretvori spremembo odboja laserskega žarka zaradi nihanja testne podlage v zvočni zapis, tega pa je nato mogoče analizirati z računalniškimi programi za obdelavo zvoka. V preteklih desetletjih so namesto laserskega žarka uporabljali kar gramofonsko iglo. Kljub razširjenosti pa je vibracijska komunikacija zaradi nedostopnosti še danes praktično neznana, zato se še vedno veliko ukvarjamo s temeljnimi vprašanji, predstavljenimi prej.

Gre namreč za fascinanten sistem, ki nas uči, kako tesno so živa bitja vpeta v svoje živo in neživo okolje. Njeno preučevanje nam omogoča razumeti jezik bitij, tako drugačnih od nas, pa vendar z istim osnovnim ciljem – uveljaviti svoje interese v odnosu do drugih.

Že z malo domišljije pridemo tudi do bolj ali manj neposredne uporabnosti tega znanja. Kmetovalec bo recimo v bližini svojih nasadov ujel sumljivega žužka in ga po videzu prepoznal kot škodljivca, čeprav je po naključju našel sorodno vrsto, ki pa se ne prehranjuje na kulturnih rastlinah (pri žuželkah vrste pogosto nastanejo s prehodom na novega gostitelja). S pravo identifikacijo se bo izognil nepotrebnemu škropljenju, s katerim bi zapravljal denar in zastrupljal svoj pridelek. Analiza vibracijskih napevov je eno izmed orodij, ki so lahko uporabna v taksonomiji in preko tega širše v praksi. Čeprav naši konkretni škržatki niso škodljivci, je taka študija pomembna s stališča razvoja teh orodij. Hud škodljivec pa je denimo ameriški škržatek, ki se prehranjuje na vinski trti in prenaša uničujočo mikrobno bolezen trte – zlato trsno rumenico. Pri njem smo v sodelovanju z italijanskimi kolegi razvili metodo za prekinjanje komunikacije s predvajanjem prej omenjenih motilnih signalov. Cilj je pregnati škržatke s trte in jo tako obvarovati pred boleznijo, na kar pa ne bi mogli niti pomisliti, če ne bi prej razumeli komunikacije teh živali in lastnosti prenašanja signalov po rastlinah. (vir)

Jernej Polajnar, biolog

Dodatek: Posnetek grbastih škržatkov – samec in samica med poskusom parjenja. V ozadju se slišijo vibracijski signali, ki jih živali oddajata.