Почему комары пищат

Комары пищат не голосом, а крыльями: тонкий звенящий звук - это побочный продукт очень частых взмахов крыльев во время полёта, и у комара нет ни голосовых связок, ни какого-либо другого органа, специально предназначенного для издавания звука. Крылья рассекают воздух настолько быстро, что колебания воздуха попадают в диапазон частот, который человеческое ухо воспринимает как высокий писк или звон. По сути, комар не может лететь неслышно: любой его полёт неизбежно сопровождается этим звуком, потому что звук - прямое следствие механической работы крыльев, а не отдельный сигнал, который можно включить или выключить.

Откуда берётся звук: крылья, а не голос

У большинства насекомых, включая комаров, нет органов, устроенных хоть немного похоже на человеческую гортань или голосовые связки. Звук, который мы слышим от летящего комара, возникает механически: крылья двигаются вверх и вниз с очень высокой частотой, и каждое такое движение слегка сжимает и разрежает воздух вокруг насекомого. Множество этих быстрых колебаний сливаются в непрерывный тон - примерно так же, как быстро вращающийся вентилятор создаёт гудение просто за счёт движения лопастей через воздух, без всякого специального устройства для звука. Высота этого тона напрямую зависит от того, сколько раз в секунду крыло успевает совершить полный взмах: чем чаще машут крылья, тем выше звук, который слышит человек. Поэтому комариный писк - это не сигнал в привычном смысле слова, не «крик» и не «голос», а прямое физическое следствие того, как устроен полёт насекомого.

Сколько раз в секунду комар машет крыльями

Крылья комара двигаются заметно быстрее, чем крылья большинства других летающих насекомых сопоставимого размера: у разных видов кровососущих комаров частота взмахов обычно составляет несколько сотен раз в секунду. Такая частота уже попадает в звуковой диапазон, который различает человеческое ухо, - поэтому мы слышим полёт комара, но не слышим, например, полёт бабочки, чьи крылья двигаются в разы медленнее и создают колебания воздуха слишком низкой частоты, чтобы восприниматься как звук. Частая работа крыльев комару необходима не ради звука, а ради самого полёта: тело комара маленькое и лёгкое, а крылья узкие, и чтобы удержаться в воздухе и маневрировать, ему приходится компенсировать небольшую площадь крыльев именно скоростью взмахов. Звук в этом смысле - неизбежная плата за конструкцию тела и способ полёта, а не отдельная эволюционная задача, которую комар решает специально.

Почему у самцов и самок писк разный

Частота взмахов крыльев у комаров зависит не только от вида, но и от пола: самцы и самки одного и того же вида, как правило, машут крыльями с разной частотой, и поэтому звук их полёта звучит по-разному - самки обычно гудят более низким тоном, самцы более высоким. Разница возникает из-за отличий в размере тела и строении мышц, которые приводят крылья в движение: у самцов и самок разное распределение массы и разные пропорции крыла относительно тела, из-за чего механика взмаха оказывается неодинаковой даже при внешне похожем полёте. Эта разница в частоте - не случайность и не второстепенная деталь: как будет ясно из следующего раздела, именно она превращает обычный шум полёта в сигнал, по которому комары находят друг друга.

Как комары слышат звук полёта друг друга

У комаров нет ушей в привычном смысле слова, но есть орган слуха, расположенный прямо в основании усиков. Усики комара - это не просто органы осязания или обоняния, как можно было бы подумать: у их основания находится чувствительная структура, которая улавливает мельчайшие колебания воздуха, вызванные звуком, и передаёт эту информацию в нервную систему насекомого. У самцов эта структура развита заметно сильнее, чем у самок, и усики у них часто выглядят более пушистыми и разветвлёнными - это увеличивает площадь, которая улавливает звуковые колебания, и делает самца более чувствительным именно к тому диапазону частот, в котором звучит полёт самки. Иными словами, у комаров есть встроенный природный механизм для восприятия звука полёта сородичей, и он устроен так, чтобы особенно хорошо ловить характерный тон противоположного пола.

Звук как способ найти пару

Частота взмахов крыльев и связанный с ней звук играют важную роль в том, как комары находят друг друга для спаривания. Самец, ориентируясь на звук, улавливает характерный тон летящей рядом самки и таким образом обнаруживает её присутствие даже в темноте, без помощи зрения, которое у большинства комаров развито довольно слабо. При сближении звуки полёта самца и самки могут даже подстраиваться друг под друга: некоторые исследования комариного поведения показывают, что во время сближения перед спариванием частоты взмахов обоих насекомых сходятся ближе друг к другу, чем были бы у каждого из них по отдельности в одиночном полёте. Такое сближение частот рассматривается как часть брачного поведения - своего рода проверка того, что рядом находится представитель нужного вида и пола, прежде чем произойдёт спаривание. Так обычный побочный шум полёта превращается в полноценный канал коммуникации между комарами. У некоторых видов самцы вдобавок собираются группами в воздухе, образуя своеобразные брачные рои над заметным ориентиром - веткой, столбом или другим предметом на местности, и именно в такой рой затем залетают самки в поисках партнёра. Внутри плотного роя одновременно звучит множество крыльев сразу, и именно способность различать нужную частоту на фоне общего гула позволяет насекомым находить друг друга даже в этой звуковой толчее, а не теряться в общем шуме.

Почему рядом с ухом чаще слышно именно самку

Звук, который раздражает человека ночью около уха, почти всегда принадлежит самке, и причина этого в различии их питания. У большинства видов комаров именно самкам для созревания яиц нужен белок, который они получают из крови, - поэтому именно самки активно ищут теплокровных животных и человека, ориентируясь на запах, тепло тела и выдыхаемый углекислый газ. Самцы кровью не питаются вовсе: их обычная пища - нектар цветов и другие растительные сахара, дающие энергию для полёта, и у человека рядом они попросту не появляются в поисках еды. Из этого напрямую следует, что комар, который кружит около лица ночью и в итоге кусает, - это почти всегда самка на охоте, а значит, и звук, который слышит человек в такой ситуации, принадлежит именно ей. Самцов же люди слышат гораздо реже просто потому, что у самцов нет причины подлетать так близко к человеку.

От чего ещё зависит высота и характер писка

Частота взмахов крыльев у комаров, как и у большинства насекомых, зависит от температуры окружающего воздуха: мышцы, приводящие крылья в движение, работают быстрее в тепле и медленнее на холоде, потому что скорость всех биохимических процессов в теле насекомого напрямую связана с температурой среды. Поэтому в жаркий летний вечер писк комаров нередко звучит выше и звонче, чем прохладным вечером в начале или конце сезона, - крылья в тепле просто успевают совершать больше взмахов в секунду. Возраст и физическое состояние насекомого также немного влияют на частоту взмахов: уставший или ослабленный комар машет крыльями не так ритмично, как только что вылупившийся. А вот сама конструкция полёта у комаров устроена так, что полностью бесшумно они летать не могут в принципе: даже самый тихий, медленный полёт всё равно создаёт колебания воздуха на частоте, которую при должной тишине вокруг способно различить человеческое ухо, - разница лишь в том, насколько этот звук заметен на фоне прочих шумов.

Как устроены крылья, которые дают такую частоту

Чтобы махать крыльями сотни раз в секунду, обычная мышца, которая сокращается один раз на один нервный сигнал, попросту не годится: нервная система не успевала бы посылать команды с такой скоростью. У комаров, как и у мух и некоторых других насекомых с похожим типом полёта, эту задачу решают особые летательные мышцы, устроенные иначе, чем мышцы позвоночных. Они крепятся не напрямую к самим крыльям, а к стенкам грудного отдела тела, и работают на растяжение: одна группа мышц, сокращаясь, слегка деформирует жёсткую оболочку груди, эта деформация растягивает вторую группу мышц, растяжение само по себе запускает её сокращение - и так по кругу, без необходимости получать отдельный нервный сигнал на каждый цикл. Нервная система лишь поддерживает общий тонус и запускает или останавливает весь механизм, а конкретную высокую частоту колебаний задаёт уже не она, а механические свойства самого грудного отдела - то, с какой частотой ему «удобно» пружинить под действием этих мышц. Именно поэтому частота взмахов у комара получается настолько высокой и настолько постоянной для конкретного вида: это не столько результат волевого управления, сколько особенность механической конструкции тела, найденная эволюцией. У крупных насекомых с более медленным полётом, например у бабочек или стрекоз, устроено иначе: там каждое движение крыла чаще запускается собственным нервным сигналом, а сама частота взмахов ниже - поэтому и звук от их полёта получается заметно тише и глубже, а иногда вовсе не воспринимается ухом как звук. Разница в конструкции летательных мышц - одна из причин, почему одни насекомые летают почти бесшумно, а другие, вроде комаров и мух, неизбежно жужжат или пищат при каждом взлёте.

Слышит ли комариный писк ещё кто-то, кроме самих комаров

Звук, который выдаёт комара его же собственным сородичам, точно так же выдаёт его и другим животным - в первую очередь тем, для кого комар служит добычей. Летучие мыши, которые ориентируются в темноте с помощью эхолокации, охотятся в том числе на летающих насекомых, и характерное дрожание воздуха от быстрых взмахов крыльев - ещё одна деталь, по которой добычу можно опознать и отследить в полёте, в дополнение к отражённому сигналу эхолокации. Похожим образом на звук могут реагировать и некоторые другие охотники на насекомых. Получается, что для комара его собственный писк - это не только способ найти партнёра для спаривания, но и неизбежный побочный риск: тот же самый механический шум, который помогает самцу отыскать самку, способен выдать комара хищнику или разбудить человека, который в ответ попытается его прихлопнуть. Эволюционно этот риск, судя по всему, оказался приемлемой платой: без частых взмахов крыльев комар вообще не смог бы держаться в воздухе при своих крошечных размерах, так что звук - это побочный эффект, от которого нельзя избавиться, не отказавшись от самого способа летать.

Чем комариный звук отличается от звуков других животных

Полезно понимать, что не любой характерный звук животного возникает одним и тем же способом. Комариный писк - это механический шум работающих крыльев, у него нет никакого отношения к голосовому аппарату в привычном смысле. У животных с лёгкими и гортанью звук устроен совершенно иначе: например, знакомое кошачье мурлыканье рождается не из-за движения каких-либо внешних частей тела, а из-за ритмичных сокращений мышц гортани во время дыхания - подробнее об устройстве этого звука мы рассказывали в статье о том, почему кошки мурлыкают. Разница между этими двумя примерами показывает, что «звук животного» - слишком общая формулировка: за ней могут стоять совершенно разные физические механизмы, от вибрации мышц гортани до простого рассекания воздуха быстро движущимся крылом, и у каждого вида этот механизм сложился по своим эволюционным причинам, связанным с образом жизни, а не с одной общей целью «издавать звуки». Применительно к комару это значит, что за одним коротким и неприятным звуком у уха стоит целая цепочка причин: строение летательных мышц, требующее высокой частоты взмахов ради самого полёта, физика колебаний воздуха, превращающая эти взмахи в слышимый тон, различие частоты у самцов и самок, разросшееся в природе до полноценного способа находить друг друга в темноте, и, наконец, совпадение по времени с тем моментом, когда именно самка ищет кровь для потомства. Ни одно из этих звеньев не появилось ради человека и его ночного сна - писк комара был бы точно таким же, даже не будь рядом никого, кто способен его услышать и разозлиться.