Ученые раскрыли секрет, как тюлени слышат и в воздухе, и под водой

Переход к жизни в воде — серьезная проблема для наземных млекопитающих. Скорость распространения звука в ней почти в 4,5 раза выше, чем в воздухе, а плотность примерно в 800 раз больше. Из-за этого привычный механизм передачи звуковых колебаний через наружное и среднее ухо становится значительно менее эффективным. Большинство морских млекопитающих решили эту проблему радикально: китообразные практически утратили наружный слуховой проход и воспринимают звук совершенно иным способом.

Ластоногие тюлени, морские львы и моржи пошли по другому эволюционному пути. Они ежедневно перемещаются между сушей и водой, поэтому должны одинаково хорошо слышать в обеих средах.

Чтобы понять, как возникла эта способность, международная исследовательская группа, возглавляемая сотрудниками Музея естественной истории в Лондоне (Великобритания) и Школы биологических наук при Университете Монаша в Австралии, изучила строение среднего уха у 119 современных и ископаемых видов хищных млекопитающих, включая представителей всех трех современных семейств ластоногих. Ученые выполнили компьютерную томографию, трехмерную реконструкцию костей черепа и провели сравнительный эволюционный анализ. Так удалось проследить изменения слухового аппарата от наземных предков до современных морских животных.

О результатах исследователи рассказали в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B. Особое внимание уделили барабанной полости среднего уха и мягким тканям, окружающим ее. Как выяснилось, именно эта область сыграла ключевую роль в появлении «амфибийного слуха» — способности эффективно воспринимать звуки и под водой, и в воздухе.

Авторы новой научной работы показали, что у предков современных ластоногих постепенно сформировалась особая кавернозная ткань, окружающая элементы среднего уха. Она представляет собой густую сеть сосудистых полостей, способных быстро наполняться кровью. При погружении животного в воду такая ткань компенсирует изменение давления и одновременно меняет механические свойства слуховой системы, позволяя значительно эффективнее передавать звуковые колебания в воде, объяснили ученые.

Южный морской слон Mirounga leonina. (a) Боковой профиль головы, показывающий распределение кавернозной ткани в слуховом канале и область максимальной чувствительности к подводным звукам. (b) Звуковые волны, распространяющиеся через кавернозную ткань в слуховом канале. (c) Схема уха с обозначенной пунктирными линиями областью кавернозной ткани / © Proceedings of the Royal Society B

Эволюция шла поэтапно. Вероятно, самые древние родственники ластоногих слышали под водой значительно хуже современных видов. Лишь после перехода к морскому образу жизни строение среднего уха начало быстро меняться. Причем разные группы животных совершенствовали его независимо друг от друга.

Исследователи пришли к выводу, что настоящие тюлени (Phocidae) и ушастые тюлени (Otariidae), к которым относятся морские львы и котики, независимо выработали сходные решения одной задачи. Несмотря на различия в строении черепа, обе эволюционные линии приобрели механизмы, которые позволяют эффективно задействовать слух сразу в двух средах. Это считается одним из ярчайших примеров конвергентной эволюции у морских млекопитающих.

Кроме того, биологи выяснили, каким был слух у древних представителей этой группы. Расчеты показали, что ранние ластоногие, вероятно, обладали промежуточными характеристиками: уже могли воспринимать звуки под водой, но еще сохраняли многие особенности слухового аппарата наземных хищников. По мере дальнейшей адаптации к морской среде чувствительность подводного слуха усиливалась, хотя животным приходилось искать компромисс между эффективной передачей звука и защитой внутреннего уха от высокого давления и громких подводных шумов.

Ученые записали ультразвуковые сигналы тюленей Записи с подводных гидрофонов показали, что антарктические тюлени способны использовать ультразвуковые сигналы, напоминающие битвы из «Звездных войн». naked-science.ru

Результаты этого исследования, по мнению его авторов, помогают объяснить не только происхождение уникального слуха ластоногих, но и общие закономерности эволюции органов чувств. Освоение новой среды обитания далеко не всегда требует полной перестройки организма — иногда достаточно сравнительно небольших анатомических изменений, которые позволяют существующим структурам выполнять сразу несколько функций.

Конечно, предложенный механизм требует экспериментальной проверки. Хотя морфологический и эволюционный анализ показал связь строения среднего уха с особенностями слуха ластоногих, физиологические измерения помогут окончательно подтвердить, как именно кавернозная ткань изменяет передачу звука во время погружения.