Лягушки используют лёгкие как наушники с шумоподавлением

Чтобы привлечь партнёршу, многие самцы лягушек сидят на одном месте и издают призывные крики. Но как самка слышит и находит подходящего самца своего вида среди фонового шума, включая крики других видов лягушек? Исследование, опубликованное 4 марта в журнале Current Biology, показывает, что им в этом помогают лёгкие: когда они наполнены воздухом, чувствительность барабанной перепонки к шуму в определённом диапазоне частот снижается, что облегчает распознавание брачных криков.

«По сути, лёгкие подавляют реакцию барабанной перепонки на шум, особенно на тот, что возникает в "хоре" множества видов, размножающихся одновременно», — говорит ведущий автор Норман Ли из колледжа Св. Олафа в Миннесоте.

Этот механизм учёные называют "усилением спектрального контраста". Он делает частоты в спектре крика самца более заметными на фоне шума на соседних частотах.

«Это аналогично алгоритмам обработки сигналов в некоторых слуховых аппаратах и кохлеарных имплантах, — говорит старший автор Марк Би из Университета Миннесоты. — У лягушек лёгкие, по-видимому, ослабляют частоты, которые находятся между частотами, присутствующими в брачных криках. Мы считаем, что физический механизм схож с принципом работы наушников с шумоподавлением».

Учёным давно известно, что звуковые сигналы играют ключевую роль в размножении большинства лягушек. У них есть уникальный звуковой путь, передающий звуки из воздушных лёгких в среднее ухо через голосовую щель, ротовую полость и евстахиевы трубы. Однако точная функция этого пути оставалась загадкой. Ранее предполагалось, что лёгкие могут улучшать направленный слух, помогая найти самца. Но команда Би выяснила, что это не так.

Дальнейший анализ данных показал другое объяснение: наполнение лёгких не влияло на направленный слух, но существенно воздействовало на чувствительность барабанной перепонки. При наполненных лёгких перепонка меньше вибрировала в ответ на звуки в определённом диапазоне частот. Это навело на мысль, что лёгкие гасят вибрации, подавляя шум.

Исследования с помощью лазерной виброметрии подтвердили: резонанс наполненных лёгких избирательно снижает чувствительность барабанной перепонки к частотам, находящимся между двумя спектральными пиками в брачных криках своего вида. Самка слышит самцов своего вида независимо от наполненности лёгких. То есть лёгкие не влияют на полезный "сигнал". Но что с "шумом"?

Основным источником шума для любого вида лягушек являются крики других видов, размножающихся в то же время в общем "хоре". Чтобы понять, как спектр их криков соотносится с криками зелёной квакши (Hyla cinerea), учёные проанализировали публичные данные проекта гражданской науки North American Amphibian Monitoring Program. Анализ показал, что наполненные лёгкие зелёной квакши затрудняют восприятие криков других видов, сохраняя способность слышать крики своего вида.

«Излишне говорить, что мы считаем этот результат — подавление лёгкими реакции уха на шум от других видов лягушек — очень крутым!» — говорит Марк Би.

Также исследователи создали физиологическую модель обработки звука внутренним ухом квакши, чтобы понять, как влияние лёгких на барабанную перепонку может преобразовываться в более устойчивые нейронные реакции на крики своего вида. Они предполагают, что внутреннее ухо в некоторой степени "настроено" на частоты криков своего вида, но эта настройка не идеальна. Основная функция лёгких в слухе, по мнению авторов, — улучшить эту настройку, позволяя внутреннему уху генерировать более сильные нейронные ответы на крики своего вида, ослабляя реакции на крики других видов.

Эти результаты демонстрируют способность эволюции находить новое применение уже существующим адаптациям. В дальнейшем учёные планируют изучить физическое взаимодействие трёх источников звука (внешнего, внутреннего от противоположного уха и внутреннего от лёгких), определяющих вибрационную реакцию барабанной перепонки, а также выяснить, насколько широко распространено шумоподавление среди лягушек.