Когда первые четырехногие существа появились из моря примерно 375 миллионов лет назад, переход был совсем не гладким. Мало того, что они должны были приспособиться к напряжению силы тяжести и сухой окружающей среды, но они также должны были ждать еще 100 миллионов лет для развития полностью функционального уха. Но два новых исследования показывают, что эти существа не были глухими; вместо этого, они, возможно, использовали легкие, чтобы помочь им услышать.
Рыбы слышат легко под водой как звуковые путешествия в волне вибрации, свободно проходящей в их внутренние уши. При помещении рыбы в воздух, однако, различие в плотности воздуха и ткани является столь большим, что звуковые волны будут главным образом отражены. Современное ухо, адаптированное, направляя звуковые волны на упругую мембрану (барабанная перепонка), заставляя его вибрировать.
Но без этой адаптации, как первые наземные животные слышали?Для ответа на этот вопрос бригада датских исследователей посмотрела на одного из самых близких живущих родственников ранних наземных животных, африканская lungfish (Protopterus annectens).
Как ее имя предполагает, lungfish оборудована парой оснащенных воздушно-реактивным двигателем легких. Но как первые животные, которые будут идти на земле, это испытывает недостаток в среднем ухе. Исследователи хотели определить, могла ли бы рыба ощутить волны звукового давления под водой, таким образом, они заполнили длинную металлическую трубу водой и поместили громкоговоритель в одном конце. Они играли звуки в трубу в диапазоне частот и тщательно поместили lungfish в области трубы, где звуковое давление было высоко.
Контролируя ствол мозга и деятельность слухового нерва в lungfish, исследователи были удивлены обнаружить, что рыба могла обнаружить волны давления в частотах выше 200 Гц.Ученые выдвинули гипотезу, что заполненные воздухом легкие рыбы могли бы быть ответственными, потому что воздух в них гулы и скрежеты в ответ на размножающуюся волну давления. Для подтверждения их гипотезы, однако, они должны были показать, что воздух в легких вибрирует в частотном диапазоне, который могла обнаружить слуховая система рыбы.
Используя отображение рентгеновских лучей, они сделали просто, что, показывая, что легкие P. annectens резонировали приблизительно в 300 Гц, соответствуя чувствительности слушания lungfish. Исследователи также проверили слушание lungfish в воздухе, и к их удивлению оказалось, что рыбы не были абсолютно глухими, они сообщают онлайн в этом месяце в Журнале Экспериментальной Биологии.
Во второй работе, опубликованной онлайн сегодня в Продолжениях Королевского общества B, те же ученые посмотрели на саламандр, имеющих конфигурацию уха как найденные в некоторых ранних окаменелостях наземного животного, таким образом позволяя им пролить свет на то, как первые четырехногие животные, возможно, услышали. Уши этих животных больше походят на уши лягушек, испытывая недостаток в барабанной перепонке, но имея внутренние кости уха.Исследователи повторили эксперименты lungfish с саламандрами и нашли, что они смогли обнаружить звуковое давление в частотах выше, чем 120 Гц под водой. Как с lungfish, легкие саламандр вибрировали в частотном диапазоне, который они смогли услышать.
Несмотря на наличие полностью функционирующего среднего уха, эти животные ощутили звуковое давление еще лучше, чем их предшественники lungfish.Это исследование демонстрирует, что ранние наземные животные “без очевидной адаптации к слушанию, тем не менее, могли взять звуковые волны, которым помогает плавательный пузырь [такие как легкое]”, говорит Дженнифер Клэк, палеонтолог в Кембриджском университете в Соединенном Королевстве, не связанный с работой.Взятый вместе, эти результаты предполагают, что ранние сухопутные животные, возможно, были в состоянии услышать звуки, когда они сначала продвинулись на землю, помогающую их недавно сформированными легкими. “Легкие начали появляться у рыбы под водой, когда они развили воздух, дышащий в ответ на низкие кислородные уровни в воде 350 – 400 миллионов лет назад”, говорит автор исследования Питер Мэдсен, биолог в Орхусском университете в Дании.
Он говорит, что любое животное с заполненными воздухом легкими, вибрирующими в ответ на волны давления, “услышит давление в воде, хочет ли это или нет”. Далее, воздушное слушание lungfish и саламандр предлагает первых наземных животных, которые, как услышали достаточно хорошо в воздухе, обеспечили функциональный трамплин для развития среднего уха.*Исправление, 5 февраля, 9:16: изображение, появляющееся с этой статьей, было первоначально идентифицировано как lungfish.
Это – фактически, саламандра.