Как форма рта влияет на эхолокацию у летучих мышей?

Эхолокационные летучие мыши могут управлять акустической диаграммой направленности своих сонарных импульсов, но механизм этого оставался малоизученной загадкой.

Мексиканская складчатогубая летучая мышь, Tadarida brasiliensis, по-видимому, делает это, изменяя форму своей ротовой полости — процесс, аналогичный формированию луча (beam forming). Это похоже на то, как человек складывает губы трубочкой для произнесения звука "О". Для животных такой механизм необычен. В полёте Tadarida перед каждым эхолокационным импульсом приподнимают нос и губы с помощью специализированных лицевых мышц.

Работая над другим проектом, докторант Саманта Трент из Техасского института нейробиологии A&M (руководитель — Майкл Смазермен) случайно обнаружила крупную группу мышц, идущих прямо посередине верхней части черепа мыши. Такие мышцы необычны по размеру и расположению для мелкого млекопитающего, что вызвало вопрос об их функции.

На 172-й встрече Акустического общества Америки (28 ноября — 2 декабря 2016 г., Гонолулу) Смазермен представил совместную работу, в которой исследуются:

• Сложные паттерны активности этих мышц во время работы сонара.
• Обладает ли мышечная ткань необходимыми быстросокращающимися специализациями для эхолокации.
• Как манипуляции с формой рта изменяют 3D-диаграмму направленности луча.

"Очевидно, что этот конкретный набор мышц участвует в изменении формы рта летучей мыши, особенно во время эхолокации", — сказала Трент. — "Мы полагаем, что это помогает мыши изменять форму исходящего луча эхолокационного импульса".

Для проверки гипотезы использовалась микрофонная решётка для записи звука вокруг головы мыши и построения картины формы луча. Также регистрировалась электрическая активность этих мышц у свободно эхолоцирующих мышей.

Ключевые результаты:

• Электромиографические (EMG) записи подтвердили, что исследуемые мышцы активируются в точной временной координации с испусканием импульсов.
• Поднятие только кончика носа создаёт маленькую апертуру и широкоугольный луч.
• Одновременное поднятие передней и боковых частей губ создаёт более широкую апертуру и более узкий луч.

Эти результаты указывают, что Tadarida обладают специализированным нервно-мышечным инструментом для формирования сонарного луча.

"Такой тип вокального контроля уникален в животном мире", — отметила Трент.

Исследование имеет потенциальные прикладные значения для разработки и улучшения сонарных устройств. Трент продолжает эту работу в своей диссертации, углубляясь в нейронные механизмы, лежащие в основе гибких вокальных способностей мышей.