|
Acanthostega — пример таких ранних тетрапод. Она похожа на расплющенного уродливого угря с коротенькими ножками. У тетрапод, возможно, были и жабры, и легкие, что позволяло им дышать как под, так и над водой. Однако слышать они могли только под водой. Их анатомия органа слуха формировалась для подводной жизни и была совершенно бесполезна, когда голова высовывалась из воды. Звуковые волны — это очень маленькие колебания давления. Под водой они передаются движением молекул воды, а на суше — молекул воздуха. Воздух и вода — разные субстанции, поэтому тетраподам нужно было прилагать максимум усилий, чтобы почувствовать слабые движения молекул воздуха. И мы с вами сталкиваемся с подобным: слух человека устроен так, чтобы хорошо работать в воздушной среде, но погрузите голову под воду в бассейне, и звуки станут приглушенными.
Двоякодышащие рыбы — ближайшие родственники тетрапод, поэтому их изучение дает нам некоторое представление о развитии слуха. Вот почему Кристиан Кристенсен для своей докторской диссертации, которую он защищал в Орхусском университете, экспериментировал именно с этой группой рыб. Он хотел понять, как развивался их слух, если в воздушной среде двоякодышащие рыбы абсолютно глухи. Для своих экспериментов он заворачивал находящуюся под легким наркозом рыбу во влажные бумажные полотенца и помещал в гамак в центре звукоизолированной комнаты. Кристиан хотел убедиться, что рыба реагирует только на те звуки, которые он проигрывал через громкоговорители. На голове рыбы размещались электроды, позволяющие контролировать нейроны головного мозга. Вопреки ожиданиям Кристиана оказалось, что двоякодышащие рыбы не совсем глухие. При низких частотах, ниже 200 Гц, рыба могла улавливать звуки выше 85 дБ. Представьте, что блуждающий тромбонист случайно проходит мимо и извлекает из своего инструмента громкий звук прямо в вашей комнате. Хотя у двоякодышащей рыбы нет чувствительных ушей, все же она может «слышать» этот звук: он заставит голову рыбы вибрировать, и именно это движение может передаваться в мозг. «Хотя органы слуха двоякодышащих рыб совершенно не приспособлены к воздушной среде, эти рыбы тем не менее могут слышать издаваемые в этой среде звуки, что было для меня полной неожиданностью, — говорит Кристиан. — Это может свидетельствовать о том, что даже ранние тетраподы и, возможно, их обитавшие в воде предки могли различать передаваемые по воздуху звуки». Однако для тетрапод такой примитивный наземный слух был бы слишком слабым и поэтому бесполезным. Они могли не услышать подбирающегося хищника — если, конечно, он не играл на тромбоне. Но даже если от такого рудиментарного слуха было мало пользы, эволюции уже было над чем поработать.
Строение человеческого уха
В отличие от ранних тетрапод слух млекопитающих значительно более чувствителен, и причиной этого являются многочисленные эволюционные адаптации. Сначала звук усиливается резонансом в наружном слуховом проходе и ушной раковине, небольшом, имеющем форму чаши углублении во внешнем ухе. Усиление составляет не более 20 дБ, что приблизительно соответствует повышению громкости в четыре раза. Второе усиление происходит в среднем ухе, которое состоит из барабанной перепонки и трех крохотных косточек: молоточка, наковальни и стремечка, которые называются слуховыми косточками. Здесь незначительные движения воздуха, представляющие собой звуковые волны, преобразуются в физические колебания, исходящие от частей тела. Наконец, еще одно усиление происходит в улитке внутреннего уха, где вибрации преобразуются в электрические импульсы, которые затем передаются мозгу по слуховому нерву. В изучении эволюции слуха в воздушной среде основное внимание, как правило, уделяется тому, как для выживания на суше адаптировалось среднее ухо. Барабанная перепонка — это очень тонкая мембрана примерно 9 мм шириной. Она собирает звук почти всей поверхностью, и даже при восприятии резонансных частот барабанная перепонка смещается менее чем на диаметр атома водорода. |
