Aby zwalczyć malarię, naukowcy rewitalizują obszar badań, który jest związany zarówno z biologią, jak i muzyką. Mówimy o częstotliwości klap skrzydłowych. Do czego może doprowadzić takie zderzenie pozornie sprzecznych dyscyplin? A dlaczego ludzie mieliby słuchać owadów?
Metoda Lidar
W tym celu planowane jest zastosowanie metody lidarowej. Jej istotą jest wytworzenie promieniowania laserowego pomiędzy dwoma obiektami. Kiedy owady przelatują przez wiązkę laserową, światło z nich odbija się z powrotem do teleskopów, tworząc dane, które naukowcy mają nadzieję rozpoznać w różnych gatunkach. W czasach, gdy owady niszczą uprawy, które mogą wyżywić populacje kilku krajów, a inne owady przenoszą choroby, które co roku zabijają setki tysięcy ludzi, ten system promieni i soczewek może poprawić jakość życia milionów ludzi.
Funkcje częstotliwości
Oczywiście lasery są ważną, najnowocześniejszą technologią stosowaną w metodzie lidarowej, ale jej sercem jest elegancka i wielowiekowa zasada entomologii. Prawie każdy rodzaj owadów latających, od ćmy po komary, ma swoją unikalną częstotliwość klap. Samica jednego gatunku komara trzepocze skrzydłami z prędkością 350 Hz, podczas gdy samica innego gatunku ma skrzydełka o częstotliwości 550 Hz. Z powodu tej różnicy trzepot skrzydła owada jest analogiczny do ludzkiego odcisku palca. A w ostatnich latach dziedzina naukowa dotycząca badania częstotliwości uderzeń skrzydeł owadów przeżywa renesans, zwłaszcza w dziedzinie zdrowia człowieka.
Film promocyjny:
Technika haka
Na długo przed pojawieniem się laserów i komputerów o klapach skrzydłowych myślano w sensie słuchowym (a nawet muzycznym). Uważny słuchacz może dopasować brzęczenie konkretnego owada do dźwięku na pianinie. Dokładnie to zrobił filozof przyrody Robert Hook w XVII wieku. Mógłby określić, ile uderzeń skrzydeł wykonuje dany owad, porównując jego dźwięk z dźwiękiem określonej nuty. Ale fakt, że Hook polegał wyłącznie na własnym słuchu, powodował nie do pokonania trudności w przekazywaniu swojej wiedzy innym ludziom. Wiedzę rozpowszechniano zwykle za pośrednictwem gazet naukowych, listów i rysunków przedstawicieli różnych gatunków, więc entomolodzy bardziej polegali na swoim wzroku niż na słuchu. Przez długi czas ta dziedzina naukowa miała bardzo, bardzo wąski zakres.
Odnowione zainteresowanie
Jednak w XX wieku naukowcy zaczęli interesować się tym obszarem na nowo, ponieważ główny sposób określania częstotliwości uderzeń skrzydeł stał się wizualny. Była to metoda chronograficzna, dzięki której powstała seria zdjęć z dużą liczbą klatek na sekundę. Jednak ta metoda miała swoje ograniczenia, więc wielu badaczy uważało, że metoda Hooka jest nadal najlepsza. Wśród nich był Olavi Sotavalta, fiński entomolog obdarzony doskonałym słuchem. Jako kompozytor z doskonałym słuchem, zdolny do transkrypcji utworu muzycznego ze słuchu, Sotavalta był w stanie określić dokładny ton skrzydeł komara bez potrzeby korzystania z fortepianu.
Nowoczesna metoda
Teraz dzięki zaawansowanym technologiom wykorzystującym metodę lidarową można nagrywać do czterech tysięcy klatek na sekundę. Później naukowcy używają specjalnego algorytmu, który określa trzepotanie skrzydeł w tych ramach, obliczając ich częstotliwość, a tym samym określając „odcisk palca” owada. Innymi słowy, metoda ta osiąga to, co Sotavalta był w stanie osiągnąć dzięki swojemu doskonałemu słuchowi, ale teraz dane te mogą być przetwarzane i przekazywane innym naukowcom.
Problemy z eksperymentami
Oczywiście z tym eksperymentem wiążą się różne problemy. Przykładowo, gdy w miejscu jej przetrzymywania ludzie zaczynali gotować, w powietrzu unosił się dym, który nie pozwalał na odpowiednią ocenę owadów, a same owady nie zachowywały się normalnie. Jednak w ten czy inny sposób naukowcy otrzymali dość wyraźne wyniki. Ale jedno jest zobaczyć lot owada na wykresie aparatu, a zupełnie inną rzeczą jest powiedzieć komputerowi „Proszę, określ mi odpowiednią częstotliwość”. W przeciwieństwie do Sotavalta, który obserwował pojedyncze owady, naukowcy w tym eksperymencie otrzymali dane o tysiącach owadów, a jednocześnie próbowali analizować wszystkie te dane w tym samym czasie. Naukowcy wydali około dwunastu tysięcy dolarów na swój pierwszy eksperyment z zastosowaniem metody lidarowej. Czy naprawdę warto wydawać takie kwoty? Czy nie byłoby lepiej użyć ich do innych potrzeb? Jak pokazują wyniki, eksperyment nie był bezsensowny ani bezużyteczny, okazał się więcej niż udany, chociaż przed naukowcami pojawiało się coraz więcej trudności. Teraz potrafią na przykład rozpoznać częstotliwość skrzydeł komarów, które przenoszą przerażającą i często śmiertelną chorobę malarii.
Dlaczego jest to potrzebne?
Malaria jest jednym z najwyraźniejszych przykładów zagrażających zdrowiu ludzi owadów. Jednak owady mogą szkodzić ludziom o wiele więcej. Owady są nosicielami chorób mikrobiologicznych. Mają też bardzo poważny wpływ na rolnictwo. Według Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa owady zabijają około jednej piątej plonów na Ziemi. Innymi słowy, gdyby rolnicy mieli lepsze sposoby zwalczania szarańczy i różnych chrząszczy, mogliby nakarmić setki milionów więcej. Pestycydy zmniejszają szkody wyrządzane przez owady, ale jeśli są stosowane bezkrytycznie, jak to często się dzieje, mogą również szkodzić ludziom i pożytecznym owadom. Na przykład,Ludzie w dużym stopniu polegają na pszczołach, ciemach i motylach jako na zapylaczach, ale badanie z 2016 r. Wykazało, że około 40% gatunków bezkręgowców jest zagrożonych. To właśnie z powodu tego związku z owadami ludzie muszą szukać lepszych sposobów identyfikacji gatunków. Mówiąc najprościej, ludzie muszą nauczyć się rozpoznawać, które robaki im szkodzą, a które są korzystne.
Co dalej?
Badanie częstotliwości uderzeń skrzydeł owadów zmieniło się radykalnie od czasów Olavi Sotavalty, który wykorzystał swój doskonały słuch do identyfikacji owadów na podstawie wydawanego przez nie dźwięku. Jednak pod wieloma względami to nowatorskie badanie jest podobne do tego, co zrobił fiński entomolog. Podobnie jak Sotavalta, współcześni naukowcy próbują połączyć kilka dyscyplin jednocześnie, w tym przypadku fizykę i biologię, lidar i entomologię, aby nauczyć się określać sekwencje w przyrodzie. Jednak wciąż mają przed sobą dużo pracy. W nadchodzącej pracy naukowej, którą naukowcy zamierzają opublikować, spróbują połączyć kropki między światłem, laserem i owadami. Następnie spróbują wykazać, że badania nad skrzydłami owadów mogą pomóc ludziom kontrolować malarię i inne choroby, a także zwalczać owady.które niszczą uprawy. To nie jest praca na kilka miesięcy. To projekt, który może zająć kilka lat. Jednak cele są więcej niż szlachetne, a pierwsze wyniki już zostały osiągnięte, więc naukowcy wiedzą, w którym kierunku się poruszać, aby osiągnąć maksymalny efekt.
Marina Ilushenko
