Лягушки, которые слышат ртом: рентген выявил новый слуховой механизм у лишенных ушей животных
Международная группа ученых с помощью рентгеновских лучей разгадала эту тайну и установила, что эти лягушки используют свою полость рта и ткани для передачи звука на внутреннее ухо – пишет портал sciencedaily.com.
Способ, при помощи которого улавливаются звуки, является общим для многих родов животных и появился во время триасового периода (200-250 миллионов лет назад). Хотя слуховая система четвероногих животных претерпела множество изменений, все они имеют среднее ухо с барабанной перепонкой и косточками, которые возникли независимо друг от друга в основных линиях. С другой стороны, некоторые животные, особенно большинство лягушек, не имеют наружного уха, как у людей, но их среднее ухо с барабанной перепонкой расположено непосредственно на поверхности головы. Входящие волны звука заставляют барабанную перепонку вибрировать, и она передает эти колебания с помощью косточек во внутреннее ухо, где волосковые клетки переводят их в электрические сигналы, посылаемые в мозг. Можно ли обнаружить звук в мозгу без среднего уха? Ответ: нет, потому что 99,9% звуковой волны, достигающей животного, отражается от поверхности его кожи.
Однако мы знаем о существовании видов лягушек, которые квакают, как и другие, но не имеют барабанного среднего уха, чтобы слышать друг друга. Это кажется противоречием. Эти небольшие животные, лягушки Гардинера, изолированно жили в тропических лесах Сейшельских островов в течение 47-65 миллионов лет, с тех пор, как эти острова откололись от основного континента. Если они могут слышать, их слуховая система, должно быть, осталась от форм жизни древнего суперконтинента Гондвана.
Чтобы установить, действительно ли эти лягушки на самом деле используют звук для общения друг с другом, ученые установили громкоговорители в их естественной среде обитания и транслировали предварительно записанные лягушачьи песни. Это заставило отозваться самцов, присутствующих в тропическом лесу, доказав, что они были в состоянии услышать звук из динамиков.
Следующий шаг заключался в определении механизма, посредством которого эти, казалось бы, глухие лягушки, могли слышать звук. Были предложены различные версии: экстра-барабанный путь через легкие, мышцы, которые в лягушке соединяют грудной пояс с областью внутреннего уха, или костная проводимость. Проводимость звука тканями тела зависит от их биомеханических свойств. С рентгеновскими методами отображения было установлено, что ни легочная система, ни мышцы этих лягушек не вносят значительного вклад в передачу звука к внутреннему уху. Поскольку эти животные крошечные, всего сантиметр длиной, нужны были рентгеновские снимки мягких тканей и костных частей с микрометрическим разрешением, чтобы определить, какие части тела участвуют в распространении звука.
Численное моделирование помогло расследовать третью гипотезу, о получении звука через голову лягушки. Такое моделирование подтвердило, что рот действует как резонатор, или усилитель, для частот, издаваемых этим видом. Синхротронные рентгеновские изображения разных видов показали, что передача звука из ротовой полости во внутреннее ухо была оптимизирована двумя эволюционными приспособлениями: уменьшенной толщиной тканей между ртом и внутренним ухом и меньшим количеством их слоев.
Комбинация полости рта и костной проводимости позволяет лягушкам Гардинера воспринимать звук эффективно без использования барабанного среднего уха.