Чтобы бороться с малярией, ученые оживляют область исследований, которая связана одновременно и с биологией, и с музыкой. Речь идет о частоте взмахов крыла. К чему же может привести подобное столкновение, казалось бы, несовместимых дисциплин? И почему люди должны слушать насекомых?
Содержание
- 1 Лидарный метод
- 2 Особенности частоты
- 3 Методика Хука
- 4 Возрождение интереса
- 5 Современный метод
- 6 Проблемы с экспериментом
- 7 Зачем это нужно?
- 8 Что же дальше?
Лидарный метод
Для этого планируется использовать лидарный метод. Суть его заключается в том, чтобы создать лазерное излучение между двумя объектами. Когда насекомые пролетают через лазерный луч, свет от них будет отражаться обратно в телескопы, благодаря чему будут создаваться данные, с помощью которых ученые надеются распознать разные виды. Во времена, когда насекомые уничтожают урожаи, способные прокормить населения нескольких стран, а другие насекомые переносят заболевания, которые убивают сотни тысяч людей каждый год, эта система лучей и линз, возможно, способна улучшить качество миллионов жизней.
Особенности частоты
Конечно, лазеры являются важной сверхсовременной технологией, используемой в лидарном методе, однако его сердцем является элегантный и многовековой принцип энтомологии. Практически каждый вид летающих насекомых, начиная с мотыльков и заканчивая москитами, имеет свою уникальную частоту взмахов крыльев. Самка одного вида москитов взмахивает крыльями с частотой 350 герц, в то время как самка другого вида имеет частоту взмахов крыла 550 герц. Из-за этого различия взмахи крыла насекомого являются аналогом отпечатка пальца человека. И в последние годы научная область изучения частоты взмахов крыла насекомых переживает эпоху Возрождения, в особенности в сфере человеческого здоровья.
Методика Хука
Задолго до появления лазеров и компьютеров о взмахах крыла думали в аудиальном (или даже в музыкальном) плане. Внимательный слушатель мог сопоставить жужжание конкретного насекомого с нотой на фортепиано. Именно это и сделал философ-естествоиспытатель Роберт Хук в XVII веке. Он мог сказать, сколько взмахов крыла делает то или иное насекомое, сопоставив его звучание со звучанием конкретной ноты. Но тот факт, что Хук полагался исключительно на собственный слух, создало непреодолимые трудности в передаче его знаний другим людям. Знания обычно распространялись с помощью научных газет, писем и рисунков представителей разных видов, поэтому энтомологи полагались скорее на свое зрение, чем на слух. В течение длительного периода времени эта научная сфера имела очень и очень узкий фокус.
Возрождение интереса
Однако в двадцатом веке ученые начали проявлять новый интерес к этой сфере, так как главный способ определения частоты взмахов крыльев стал визуальным. Им стал хронографический метод, благодаря которому создавался ряд фотографий с большой частотой кадра. Однако у этого метода были свои ограничения, поэтому многие исследователи считали, что метод Хука по-прежнему остается наилучшим. Среди них был и Олави Сотавальта, финский энтомолог, который был одарен идеальным слухом. Как композитор с идеальным слухом способен транскрибировать музыкальное произведение на слух, Сотавальта мог определить точный тон крыльев москита без необходимости использовать фортепиано.
Современный метод
Сейчас же благодаря высоким технологиям с помощью лидарного метода можно записывать до четырех тысяч кадров в секунду. Позже ученые используют специальный алгоритм, который на этих кадрах определяет взмахи крыльев, высчитывая их частоту и тем самым определяя «отпечаток пальца» насекомого. Другими словами, этот метод позволяет достигнуть того же, чего Сотавальта смог добиться с помощью своего идеального слуха, но теперь эти данные можно обрабатывать и передавать другим ученым.
Проблемы с экспериментом
Естественно, существуют и разнообразные проблемы, связанные с этим экспериментом. Например, когда в местности, где он проводился, люди начинали готовить пищу, в воздухе стоял дым, который не позволял адекватно оценивать насекомых, а также сами насекомые вели себя далеко не так, как обычно. Однако, так или иначе, ученые получили достаточно четкие результаты. Но одно дело — увидеть на графике аппарата полет насекомого, а совсем другое — сказать компьютеру «Пожалуйста, определи мне соответствующую частоту». В отличие от Сотавальты, который занимался наблюдениями за отдельными единичными насекомыми, ученые в рамках этого эксперимента получили данные о тысячах насекомых, и при этом они пытались анализировать все эти данные одновременно. На свой первый эксперимент с использованием лидарного метода ученые потратили около двенадцати тысяч долларов. Действительно ли это стоит того, чтобы тратить подобные суммы денег? Не лучше ли было использовать их для других нужд? Как показывают результаты, эксперимент не был бессмысленным или бесполезным, он оказался более чем успешным, хотя перед учеными раз за разом вставали новые и новые трудности. Теперь же они могут, например, распознать частоту крыльев москитов, переносящих ужасающее и зачастую смертельное заболевание — малярию.
Зачем это нужно?
Малярия — это один из ярчайших примеров того, как насекомые могут угрожать человеческому здоровью. Однако существует гораздо больше способов, которыми насекомые могут нанести человеку вред. Насекомые являются разносчиками микробных заболеваний. Также они оказывают очень серьезное воздействие на агрокультуру. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации, относящейся к Организации Объединенных Наций, насекомые уничтожают около одной пятой всего урожая Земли. Другими словами, если бы у фермеров были лучшие способы борьбы с саранчой и различными жуками, они могли бы прокормить на сотни миллионов людей больше. Пестициды снижают количество урона, наносимого насекомыми, однако если их использовать без разбора, как это часто и делается, они могут также навредить как людям, так и полезным насекомым. Например, люди во многом полагаются на пчел, мотыльков и бабочек как на опылителей, однако исследование 2016 года показало, что около 40 процентов видов беспозвоночных опылителей находятся под угрозой исчезновения. Именно из-за подобных отношений с насекомыми людям и нужно искать лучше способы определения видов. Проще говоря, людям нужно учиться определять, какие жуки им вредят, а какие приносят пользу.
Что же дальше?
Исследование частоты взмахов крыла насекомых очень сильно изменилось со времен Олави Сотавальты, который использовал свой идеальных слух, чтобы определять насекомых по звуку, который они издают. Однако во многом это сверхсовременное исследование похоже на то, что делал финский энтомолог. Как и Сотавальта, современные ученые пытаются совместить сразу несколько дисциплин, в данном случае физику и биологию, лидар и энтомологию, чтобы научиться определять последовательности в природе. Однако впереди им предстоит еще немало работы. В грядущем научном труде, который собираются опубликовать ученые, они постараются соединить точки между светом, лазером и насекомыми. Затем они попробуют продемонстрировать, что исследование частоты взмахов крыла насекомых может помочь людям контролировать малярию и другие заболевания, а также бороться с насекомыми, которые уничтожают урожаи. Это не работа нескольких месяцев. Это проект, который может затянуться на несколько лет. Однако цели являются более чем благородными, и первые результаты уже получены, поэтому ученые знают, в каком направлении двигаться, чтобы добиться максимального эффекта.
