Исследование раскрывает новые детали эволюции эхолокации у китов и дельфинов

Исследование, опубликованное в журнале Diversity, дает новое представление о том, как зубатые киты и дельфины научились ориентироваться в подводном мире с помощью звуковых волн.

Киты и дельфины, лишенные внешних ушей, полагаются на технику эхолокации. Эти животные издают высокочастотные звуки, которые отражаются от объектов, позволяя им «видеть» окружение.

Их черепа и мягкие ткани в области дыхала асимметричны — структуры с одной стороны больше или имеют иную форму, чем с другой. Эта «перекошенность» позволяет производить звук. При этом заполненная жиром нижняя челюсть проводит звуковые волны к внутреннему уху, обеспечивая направленный слух.

Однако то, как развился этот сложный «встроенный сонар», до конца не изучено.

Новое исследование, соавторами которого выступили профессор анатомии Джонатан Гейслер и палеонтолог Роберт Босенекер, дает важные подсказки.

Ученые проанализировали большую коллекцию окаменелостей, включающую два древних вида дельфинов рода Xenorophus, один из которых является новым для науки. Эти виды — одни из примитивных представителей подотряда зубатых китов (Odontoceti), к которому относятся все современные эхолоцирующие киты и дельфины.

Xenorophus был крупным существом длиной около трех метров, обитавшим у восточного побережья Северной Америки 25–30 миллионов лет назад. Внешне он напоминал современных дельфинов, но имел несколько смыкающихся коренных зубов, как у наземных млекопитающих.

Как и у современных Odontocetes, у Xenorophus была асимметрия в области дыхала, хотя и менее выраженная. Примечательно, что его морда также была отчетливо повернута и смещена на несколько градусов влево. Предыдущие исследования предполагают, что этот «изгиб морды» мог быть связан с асимметричным расположением жировых тел в челюсти, улучшающим направленный слух.

Однако Xenorophus пошел дальше. Жировые тела в его нижних челюстях, функционировавшие как внешние уши у наземных млекопитающих, были наклонены, что еще больше усиливало направленный слух. Этот изгиб морды и наклон жировых тел могли быть аналогичны асимметричным ушам сов, точно определяющим местонахождение добычи по звуку.

Новые данные свидетельствуют, что Xenorophus, с его менее выраженной асимметрией у дыхала, возможно, не был так искусен в производстве высокочастотных звуков или их восприятии, как современные Odontoceti. Однако он мог определять местоположение источника звука. Таким образом, Xenorophus, вероятно, представляет собой ключевой переходный этап в эволюции эхолокации.

«Хотя эта асимметрия наблюдается и у других древних китов, Xenorophus демонстрирует самую сильную степень среди всех китов, дельфинов или морских свиней, живых или вымерших», — заявил Босенекер. — «При этом, хотя асимметрия, сосредоточенная вокруг дыхала у современных Odontoceti, может быть прослежена до Xenorophus, изгиб морды сегодня больше не наблюдается. Это говорит о том, что Xenorophus — crucial puzzle piece в понимании эволюции эхолокации».

Кроме того, как отмечает Гейслер, в то время как многие ученые сосредотачиваются на симметрии в природе, их исследование демонстрирует важность изучения асимметрии.

«Биологическая симметрия — это major feature в эволюционной истории. Однако наше исследование показывает важную роль асимметрии в адаптации к разным средам. Асимметрию в окаменелостях следует тщательно исследовать, а не списывать на индивидуальные вариации или геологические искажения».

Следующим шагом исследователей будет изучение других Odontoceti на предмет изгиба морды. Это поможет определить, насколько широко была распространена данная черта.