Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences 2 сентября 2013 г.Команда, возглавляемая Рено Бустелем из CNRS и Университета Пуатье, включала также ученых из Института Ланжевена из ESPCI ParisTech, Лаборатории Mecanique et d’Acoustique в Марселе, Института систем и синтетической биологии Университета Эври (Франция), Фонд охраны природы Сейшельских островов и Европейский синхротрон ESRF в Гренобле.Способ слышимости звука характерен для многих ветвей животных и появился в триасовом периоде (200–250 миллионов лет назад). Хотя слуховая система четвероногих животных с тех пор претерпела множество изменений, у них есть общее среднее ухо с барабанной перепонкой и косточками, которые возникли независимо в основных линиях.
С другой стороны, некоторые животные, особенно лягушки, не обладают внешним ухом, как люди, а обладают средним ухом с барабанной перепонкой, расположенной непосредственно на поверхности головы. Входящие звуковые волны заставляют барабанную перепонку вибрировать, и барабанная перепонка передает эти колебания с помощью косточек во внутреннее ухо, где волосковые клетки преобразуют их в электрические сигналы, посылаемые в мозг. Можно ли обнаружить звук в мозгу без среднего уха? Ответ — нет, потому что 99,9% звуковой волны, достигающей животного, отражается от поверхности его кожи.
«Однако нам известны виды лягушек, которые квакают, как другие лягушки, но не имеют барабанного среднего уха, чтобы слушать друг друга. Это кажется противоречием», — говорит Рено Бустель из IPHEP Университета Пуатье и CNRS. "Эти маленькие животные, лягушки Гардинера, жили изолированно в тропических лесах Сейшельских островов от 47 до 65 миллионов лет, с тех пор как эти острова отделились от основного континента. Если они могут слышать, их слуховая система должна быть выжившей из форм жизни. на древнем суперконтиненте Гондвана ".
Чтобы установить, действительно ли эти лягушки используют звук для общения друг с другом, ученые установили громкоговорители в их естественной среде обитания и транслировали заранее записанные лягушачьи песни. Это заставило мужчин, присутствовавших в тропическом лесу, ответить, доказав, что они могли слышать звук из динамиков.
Следующим шагом было определение механизма, с помощью которого эти, казалось бы, глухие лягушки могли слышать звук. Были предложены различные механизмы: экстраимпанический путь через легкие, мышцы, которые у лягушек соединяют грудной пояс с областью внутреннего уха, или костная проводимость. «Будет ли ткань тела переносить звук или нет, зависит от ее биомеханических свойств. С помощью методов рентгеновской визуализации здесь, в ESRF, мы смогли установить, что ни легочная система, ни мышцы этих лягушек не вносят значительный вклад в передачу звука во внутреннюю часть тела. уши », — говорит Питер Клотенс, ученый из ESRF, принимавший участие в исследовании. «Поскольку эти животные крошечные, всего один сантиметр в длину, нам потребовались рентгеновские снимки мягких тканей и костных частей с микрометрическим разрешением, чтобы определить, какие части тела способствуют распространению звука».Численное моделирование помогло исследовать третью гипотезу о том, что звук поступал через головы лягушки.
Эти симуляции подтвердили, что рот действует как резонатор или усилитель для частот, излучаемых этим видом. Синхротронная рентгеновская визуализация у разных видов животных показала, что передача звука из полости рта во внутреннее ухо была оптимизирована двумя эволюционными адаптациями: уменьшением толщины ткани между ртом и внутренним ухом и меньшим количеством тканей. слои между ртом и внутренним ухом. «Комбинация ротовой полости и костной проводимости позволяет лягушкам Гардинера эффективно воспринимать звук без использования барабанного среднего уха», — заключает Рено Буастель.