Строение внутреннего уха летучих мышей объясняет различия в эхолокации

Новое исследование в Nature, первое в мире, сравнило микроскопические структуры внутреннего уха двух основных групп летучих мышей. Изучив внутреннее ухо представителей 19 из 21 известного семейства, учёные обнаружили, что наличие дополнительных нейронов и специализированных структур уха совпадает с расколом в эволюции рукокрылых, выявленным ранее по ДНК.

"Это первое физическое доказательство, подтверждающее то, что говорят генетические данные о разделении летучих мышей на две основные группы", — говорит соавтор исследования Брюс Паттерсон. "Оно представляет величайшее структурное новшество в ушах млекопитающих со времён юрского периода и помогает решить загадку эволюции эхолокации".

Новая классификация: инь и ян

Долгое время летучих мышей делили на Megachiroptera (крупные фруктоядные, полагающиеся на зрение) и Microchiroptera (мелкие, использующие эхолокацию). Генетический анализ показал, что эта классификация устарела, и учёные разделили всех рукокрылых на две новые группы: Yinpterochiroptera и Yangochiroptera.

"Мы получили настолько чёткий генетический сигнал о двух группах, что подумали: должны быть какие-то физические черты, соответствующие этому расколу", — отмечает Паттерсон.

Ключ — в ухе

Различия нашли в способах эхолокации и строении внутреннего уха:

• Yin-мыши (которые эхолоцируют) используют сигнал постоянной длины волны и издают его очень часто.
• Yang-мыши издают сигнал, а затем долго молчат, но их звуки варьируются по высоте и частоте.

Исследователи провели КТ-сканирование 31 черепа летучих мышей (39 видов). Кохлея (улитка внутреннего уха) у них была размером с маковое зерно, но внутри нашли ключевые различия.

Анатомические различия

У всех млекопитающих слух возможен благодаря крошечным волосковым клеткам в кохлее, вибрации которых улавливают спиральные ганглии (скопления нервных клеток) и передают сигнал в мозг.

• У Yin-мышей строение уха похоже на человеческое: толстая костная стенка канала защищает спиральный нервный ганглий.
• У Yang-мышей этой защитной костной стенки канала нет, зато есть дополнительные нейроны для обработки звуковых волн.

"Все млекопитающие, вплоть до середины юрского периода, имеют эти костные стенки канала, но у ян-летучих мышей их нет", — говорит Паттерсон. "Эволюция ян-мышей без этого канала — величайшее структурное новшество во всех ушах млекопитающих, которое мы когда-либо видели".

Эволюционные последствия

"Мы предполагаем, что новая конфигурация, без пространственного ограничения для ганглия внутреннего уха, дала ян-мышам большую способность к размножению ганглиозных клеток и новые способы связи с мозгом", — говорит профессор Чжэ-Си Луо. "Больший размер ганглия и большее число нейронов могли способствовать большой эволюционной диверсификации мышей, в большей степени полагающихся на частотно-модулирующую эхолокацию".

Эта гипотеза может объяснить, почему видов ян-мышей значительно больше, чем инь-мышей: способность развивать более специализированные внутренние уха могла открыть для них большее разнообразие сред обитания и добычи.

Исследование углубляет понимание того, как летучие мыши стали одной из самых успешных и разнообразных групп млекопитающих, на которые сегодня приходится 20% видов и которые играют crucial роль в экосистемах.