Дышу — следовательно, слышу

Двоякодышащие рыбы. Фото: M. Spencer Green / AP

Первые жители суши могли слышать лишь благодаря легким

Ярослав Рыбаков

5 февраля, 2015 15:10

4 мин

Чтобы слышать на воздухе, необходим развитый и специализированный слуховой аппарат, которого у первых вышедших на сушу позвоночных еще не было. Но глухими они не были — слуху помогали легкие.

Рыбы немы, но не глухи: чтобы слышать в воде, им достаточно лишь внутреннего уха. Плотность тканей живого организма почти не отличается от плотности воды, и акустические колебания свободно достигают его, не требуя ни наружного уха, ни среднего, которые имеется лишь у некоторых наземных животных.

Сложный акустический аппарат, у млекопитающих включающий барабанную перепонку и мельчайшие косточки молоточка, стремечка и наковальни, а также слуховой канал и ушную раковину, развивался у них медленно. Осваивать сушу позвоночные начали около 375 млн лет назад, а первая достаточно полноценная слуховая система появилась лишь 100 млн лет спустя, по мере адаптации к жизни в совершенно новых условиях. Потребовался длинный путь эволюционных изменений, в результате которых появилась эластичная мембрана, способная колебаться под действием воздуха и передавать эти колебания во внутренние, заполненные жидкостью части слухового аппарата.

Казалось бы, выйдя из воды, первые позвоночные суши должны были миллионы лет страдать полной глухотой: колебания воздуха по большей части будут отражаться от более плотного тела обратно. Такое происходит с рыбами — если вытащить их из воды, они фактически глохнут. Однако как обстояло дело у выходивших на сушу предков?

В ту палеозойскую эру содержание кислорода в морской воде стало снижаться, зато в воздухе он, наоборот, накапливался, достигнув примерно 10% от современного и продолжая расти. Это открыло совершенно новые эволюционные возможности, и у некоторых рыб начали развиваться легкие, позволявшие компенсировать нехватку кислорода. Их современными аналогами можно назвать двоякодышащих рыб — таких, как африканский протоптер Protopterus annectens.

Способные к плаванию, протоптеры не брезгуют и ползанием по дну, опираясь на сильные плавники. Имея жабры, для получения кислорода они все-таки больше полагаются на легкие, время от времени всплывая, чтобы сделать глоток воздуха. Более того, с увеличением размеров тела роль легких растет все сильнее — крупным протоптерам они поставляют более 90% необходимого кислорода. Наполненные газом легкие должны оказывать влияние и на акустические способности рыбы, несмотря на отсутствие прямой связи между ними и внутренним ухом.

Рассуждая таким образом, группа ученых из Дании и Австралии выдвинула две гипотезы: что (1) легкие позволяют двоякодышащим рыбам чувствовать колебания давления воды, и (2) они же помогают им ощущать звуковые колебания на воздухе. Однако для проверки этих идей необходимо доказать, что газ в легких колеблется с частотой, которую способны воспринимать акустические центры мозга.

Авторы сконструировали специальную узкую емкость, к одной из сторон которой подвели динамик громкоговорителя, а внутрь поместили протоптера Protopterus annectens. Транслируя звуки разной частоты, ученые регистрировали колебания воздуха в легких рыбы, а также активность нейронов ствола ее мозга и слухового нерва. Им удалось подтвердить, что колебания жидкости «передаются» газу в легких — и действительно вызывают ответ со стороны нервной системы протоптера. Не была она полностью глухой и на воздухе — несмотря на отсутствие такой ключевой детали, как барабанная перепонка.

Получается, что первые наземные животные, еще не имевшие полноценных адаптаций слухового аппарата к работе на воздухе, не были совершенно глухими. Они могли воспринимать звук посредством различных полостей тела, заполненных газом, — прежде всего, легких — и, конечно, за счет колебаний костей черепа. Впрочем, такой слух остается лишь ограниченным, и отбор интенсивно работал на развитие все более совершенной и чувствительной акустической системы.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе