Тюлени, морские львы и моржи принадлежат к немногим млекопитающим, уверенно чувствующим себя и на суше, и в воде. Это касается не только передвижений, но и слуха: они могут воспринимать звуки в двух средах, акустические свойства которых кардинально различаются.
До сих пор оставалось загадкой, как это удается ластоногим. Биологи предложили ответ, проследив историю формирования уникальной слуховой системы этих животных на протяжении десятков миллионов лет.
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.
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.
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.
Автор: Мария Азарова