Ученые восстановили эволюционную историю слуха китов с помощью редкой музейной коллекции
Ученые из Национального музея естественной истории Смитсоновского института получили новое представление об эволюции слуха китов, изучив редкую коллекцию китов музея.
Исследователи использовали неинвазивные биомедицинские методы визуализации, чтобы проследить развитие слуховых костей у 56 эмбриональных образцов, представляющих 10 разных семейств зубатых и усатых китов. Они наблюдали, как уши развиваются у нерожденных детенышей современных видов, и сравнили эти изменения с теми, что отражены в окаменелых ушах вымерших китов за миллионы лет. Результаты подтвердили, что изменения в развитии слуховых костей в утробе параллельны изменениям, наблюдаемым на протяжении всей эволюции китов. Это дает новое представление о том, как киты успешно совершили драматический эволюционный переход с суши в море и адаптировались к слуху под водой. Подробности опубликованы 11 марта в журнале PLOS ONE.
"Уши китов — невероятно сложные органы. Хотя ученые знают, что слух — одно из важнейших чувств, которые киты используют для общения, навигации и поиска пищи в подводном мире, мы все еще ищем ключи к пониманию того, как их уши на самом деле работают. Это исследование открывает окно в эволюционные процессы, происходившие миллионы лет назад, и помогает объяснить, как киты эволюционировали, чтобы слышать после перехода с суши в океан", — сказала Майя Ямато, ведущий автор исследования.
Киты полагаются на звук для общения. Некоторые виды, например горбатые киты, известны своими песнями. Зубатые киты также используют звук для навигации и поиска пищи, применяя эхолокацию. Понимание того, как киты слышат, важно для защиты их популяций, поскольку уровень антропогенного шума в океане (от судоходства, сейсморазведки, сонаров) продолжает расти.
Используя инновационные методы визуализации, команда (включая куратора музея Николя Пайенсона) впервые идентифицировала и описала in situ развитие особой структуры уха, встречающейся исключительно у китов, — "акустической воронки". Считается, что эта структура играет ключевую роль в подводном слухе.
Ямато использовала рентгеновскую компьютерную томографию (КТ) для сканирования изображений эмбрионов китов из жидкостной коллекции морских млекопитающих музея. Эти образцы представляют 15 современных видов — от синих китов до морских свиней. Они были собраны в ходе коммерческого китобойного промысла в начале-середине XX века, а также из прилова и выбросов на берег.
КТ-сканирование позволило изучить хрупкие ранние стадии развития уха, которые почти невозможно исследовать традиционными методами. Было обнаружено, что на ранних стадиях развития ухо кита имеет черты, характерные для всех млекопитающих. По мере созревания в утробе эти структуры перестраиваются, формируя "акустическую воронку". Ее ориентация также оказалась значимой: у некоторых усатых китов воронка направлена вбок, а у всех зубатых — к рылу. Эти положения соответствуют ранее описанным путям восприятия звука у каждой группы.
Слух под водой сопряжен с трудностями. Хотя наземные предки китов имели уши, похожие на человеческие, у современных китов нет наружных ушных раковин (pinnae). Вместо этого зубатые киты проводят звук к ушам через специализированные "акустические жиры" внутри полой нижней челюсти, которые ведут к акустической воронке. У усатых китов также есть жировые ткани, ведущие к воронке, но механизмы их слуха изучены хуже.