Киты слышат через кости черепа
Новое исследование биолога Теда У. Крэнфорда и инженера Петра Крысла показывает, что черепа усатых китов (в частности, финвалов в их исследовании) обладают акустическими свойствами, которые улавливают энергию низких частот и направляют её к слуховым косточкам.
Усатые киты (Mysticeti), самые крупные животные на Земле, могут издавать очень низкочастотные звуки, которые распространяются под водой на огромные расстояния. Длина волны этих звуков может превышать длину тела самих китов.
В последние годы регуляторы пытаются ввести ограничения на уровень техногенного шума, воздействующего на китов. Этот шум исходит в основном от коммерческого судоходства, энергетической разведки и военных учений. По словам Крэнфорда, киты могут быть особенно уязвимы к таким звукам, так как издают вокализации в том же частотном диапазоне. Избыток шума может сократить расстояние, на котором киты способны общаться о пище или партнёрах.
Однако у регуляторов было мало данных о том, как киты на самом деле слышат. Большинство знаний основывалось на изучении их вокализаций, анатомии уха и экспериментах с воспроизведением звука. Крэнфорд и Крысл выбрали другой подход: построить сложную трёхмерную компьютерную модель головы кита и смоделировать прохождение звука через неё.
В 2003 году они получили возможность, когда молодой финвал выбросился на пляж в Калифорнии. Исследователи смогли получить голову животного и просканировать её с помощью рентгеновского компьютерного томографа. Затем они применили метод конечных элементов, разбив данные о черепе и других тканях на миллионы крошечных элементов, чтобы отследить их взаимодействие.
Существует два способа, которыми звук может достичь тимпано-периотического комплекса (ТРС) — сложной костной структуры уха, жёстко прикреплённой к черепу:
- Через мягкие ткани (механизм давления).
- Через вибрацию черепа (костная проводимость).
Моделирование показало, что костная проводимость примерно в 4 раза чувствительнее к низкочастотным звукам, чем механизм давления. Для самых низких частот, используемых финвалами (10–130 Гц), разница может достигать 10 раз.
«Костная проводимость, вероятно, является преобладающим механизмом слуха у финвалов и других усатых китов. Это, на мой взгляд, великое открытие», — заявил Крэнфорд.
Крысл добавил, что люди тоже испытывают подобный эффект, когда полностью погружаются в воду: уши не работают, но мы всё равно слышим звук, потому что голова вибрирует под воздействием звуковых волн в воде.
Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS ONE. Следующим шагом учёных станет попытка повторить исследование для других видов усатых китов, используя черепа из музейных коллекций.
«Наш вклад даёт нам окно в то, как слышат самые крупные животные в мире, причём с помощью необычного механизма. Эта работа подтвердила прекрасный принцип: анатомическая структура не случайна. Она функциональна и часто удивительно продумана», — заключил Крэнфорд.