Как технологии визуализации раскрывают эволюцию сенсорных систем китов

Исследование вестибулярного аппарата — части сложной системы тканей внутреннего уха — стало возможным благодаря компьютерной томографии (КТ). Эта технология продолжает формировать наше понимание эволюции видов.

В обзоре столетних исследований сенсорных систем китов Рэйчел Расико, доцент кафедры биологических наук, описывает достижения в этой области и ключевые оставшиеся вопросы. Статья «Эволюция сенсорной экологии китов: рубежи в неразрушающих анатомических исследованиях» была опубликована 21 сентября в журнале The Anatomical Record.

«Анатомия и морфология — это области исследований, где мы делаем огромные открытия, особенно когда можем включить окаменелости, чтобы понять эволюцию, функцию и конвергенцию, о которых мы иначе не знали бы», — сказала Расико. — «Эволюцию сенсорных систем у китов (и других групп) можно изучать с помощью неразрушающей КТ-визуализации и других методов».

Когда животные умирают и становятся окаменелостями, мягкие ткани, включая ткани уха, разрушаются, а в костных областях остаются пустые полости, где эти мягкие ткани когда-то находились. Воссоздавая эти области цифровым способом, исследователи могут определить частоты, которые животные могли слышать. Один из вопросов, на который отвечает эта техника: развивалась ли эхолокация независимо в разных группах китов.

Согласно обзору Расико, считается, что первые полностью морские киты использовали низкочастотную коммуникацию, которая могла распространяться на большие расстояния. Позже у одной группы китов развилась высокочастотная коммуникация и эхолокация. В 2019 году она обнаружила, что эхолокация могла развиться дважды и в отдельных группах китов.

Киты — не единственные животные, чьи уши изучаются с помощью методов визуализации; исследователи также изучают динозавров, птиц и других млекопитающих. «Другое крутое исследование показало, что закручивание улитки (кохлеарная спираль) независимо эволюционировало по крайней мере дважды: один раз у однопроходных (утконос) и другой раз у териев (живородящих млекопитающих) — то, что мы не смогли бы обнаружить без включения окаменелостей в анализ», — объяснила она.

Обзор Расико также отмечает открытые вопросы об эволюции сенсорной системы китов, которые критически важны для понимания общих эволюционных тенденций у морских млекопитающих, которых сложно изучать.

Эта работа уже направляет исследования Расико и её студентов. Несколько студентов в её лаборатории изучают данные по внутреннему уху клюворылых китов (семейство Ziphiidae), чтобы понять их слуховую чувствительность. «Мы не можем легко измерить их диапазон слуха напрямую, потому что они — глубоководные ныряльщики, но есть большой интерес, поскольку они часто выбрасываются на берег при использовании военного гидролокатора», — сказала Расико.

«Многие большие вопросы, на которые мы ответили с помощью неразрушающей визуализации, такой как КТ, в изучении сенсорной эволюции китов, привели к ещё большему количеству вопросов — а это значит, что впереди ещё так много открытий!»