Цикады известны способностью издавать громкие звуки за счет колебания мембран звуковых органов (тимбалов) при основании брюшка. Эти структуры состоят из толстых ребер и тонких мембран. Когда мышцы сокращаются, мембраны вибрируют, создавая щелчки. Повторяясь сотни раз в секунду, они сливаются в непрерывное стрекотание. Частота щелчков определяет высоту звука, а громкость достигает 100 децибел — как шум бензопилы.

Команда японских ученых под руководством Наото Нисида (Naoto Nishida) из Университета Цукубы провела эксперимент с цикадами, чтобы выяснить, можно ли превратить этих насекомых в биодинамики. Ранее та же команда проводила эксперименты с тараканами и пыталась управлять их движением с помощью электродов. 

В качестве испытуемых Нисида и его коллеги выбрали семь цикад вида Graptopsaltria nigrofuscata. В тела насекомых имплантировали электроды, которые подключили к компьютеру через усилитель сигнала. Электроды стимулировали мышцы тимбалов, заставляя их сокращаться с заданной частотой. Так исследователи получили контроль над звуком. Сначала насекомые воспроизводили простые тона, но после настройки параметров смогли исполнять сложные композиции. Диапазон охватил более трех октав — от ноты «ля» на частоте 27,5 герц до «до» на частоте 261,6 герц.

В одном из экспериментов цикады точно воспроизвели мелодию «Канона» Иоганна Пахельбеля. Затем настала очередь темы из фильма «Лучший стрелок» (Top Gun). Звучание исходило из тела цикады, как будто ее брюшко стало музыкальным инструментом. Эффект напоминал крошечную живую колонку.

По словам Нисиды, насекомые реагировали по-разному: одни пытались улететь, другие оставались спокойными. После экспериментов импланты удалили и часть цикад выпустили обратно в природу. Ученый отметил, что эксперимент не причинил насекомым серьезного вреда. Электроды не повредили внутренние органы, а звуковая стимуляция не нарушила естественное поведение. Однако вопрос о допустимости таких вмешательств остается открытым.

Авторы исследования видят потенциал в использовании таких киберцикад как автономных акустических систем. В чрезвычайных ситуациях, например, при землетрясениях, они могли бы передавать сигналы бедствия. По сравнению с роботами насекомые энергоэффективнее, выносливее и маневреннее — им не нужны батареи, а «рабочий ресурс» зависит только от их жизненного цикла.

Комары лондонского метро оказались древними «мигрантами» с Ближнего Востока

Исследование японских ученых открывает новые горизонты для бионики — направления на стыке биологии и техники. Цикады-киборги демонстрируют, как природные механизмы можно адаптировать для решения практических задач. Возможно, в будущем насекомые станут частью систем оповещения, а их стрекот превратится в инструмент спасения жизней.

Научная работа с описанием эксперимента выложена на сайте электронного архива статей и препринтов arXiv.org.