Ученые поняли, как работает направленный слух у рыб под водой
Веками ученые бились над загадкой: как рыбы слышат направление звука в воде? Ведь подводный мир с его плотностью и скоростью распространения звука практически лишает смысла те механизмы, которыми пользуются наземные животные. Новое исследование, проведенное на крошечных прозрачных рыбках Danionella cerebrum, перевернуло представление о слухе рыб и, возможно, откроет нам неизведанные грани подводных звуковых ландшафтов.
Представьте себе, как летучая мышь, используя эхолокацию, ловко маневрирует в ночной темноте. Или как сова, поворачивая голову, точно определяет местонахождение своей жертвы по едва слышному шороху. Эти животные полагаются на разницу во времени и громкости звука, достигающего каждого уха. Но в воде, где звук распространяется в пять раз быстрее, чем в воздухе, и где ткани тела по плотности близки к воде, эти различия ничтожно малы. Казалось бы, рыба обречена на акустическую слепоту.
Однако многочисленные эксперименты доказывали обратное: рыбы прекрасно слышат направление звука. Но как? Гипотез было множество: сверхчувствительность к мельчайшим временным и амплитудным различиям, использование боковой линии — органа, воспринимающего колебания воды, и даже сравнение давления звука с движением его частиц. Но ни одна из них не была убедительной.
![](https://img.ixbt.site/live/images/original/31/86/97/2024/06/21/29ac4f1122.jpg?w=877)
Прорыв произошел благодаря Danionella cerebrum — крошечным прозрачным рыбкам, ставшим настоящим подарком для нейробиологов. Их миниатюрный размер (всего несколько миллиметров) позволяет проводить высокоточные эксперименты с полным контролем акустических параметров.
Ученые создали установку, имитирующую различные звуковые поля: с чистым давлением, с чистым движением частиц, а также с инвертированным давлением, имитирующим источник звука с противоположной стороны. Наблюдая за реакцией рыбок на эти сигналы, ученые смогли исключить все гипотезы, кроме одной, выдвинутой еще в 1975 году голландским ученым Ари Схёйфом.
![](https://img.ixbt.site/live/images/original/31/86/97/2024/06/21/5761984b17.webp?h=877)
Схёйф предположил, что рыбы используют для определения направления звука фазовый сдвиг между давлением и движением частиц. Звуковая волна, приходящая слева, и волна, приходящая справа, будут отличаться именно этим параметром.
Эксперименты с инвертированным давлением подтвердили эту гипотезу. Рыбки, привыкшие уплывать от источника звука, начинали двигаться к нему, будучи обманутыми искусственно созданной разностью фаз.
![](https://img.ixbt.site/live/images/original/31/86/97/2024/06/21/1936972447.webp?h=877)
Но как устроено «ухо» рыбки, способное одновременно воспринимать давление и движение? Ответ нашелся благодаря оптической виброметрии — методу, позволяющему визуализировать колебания тканей с нанометровой точностью.
Оказалось, что у рыбок есть два слуховых пути: прямой, воспринимающий движение частиц с помощью отолитов — миниатюрных «камешков» во внутреннем ухе, и непрямой, реагирующий на давление с помощью плавательного пузыря, соединенного с внутренним ухом системой косточек — Веберовым аппаратом.
Таким образом, D. cerebrum обладают не одним, а двумя «ушами», каждое из которых настроено на свой тип акустического сигнала, что и позволяет им определять направление звука.
![](https://img.ixbt.site/live/images/original/31/86/97/2024/06/21/519ce8292f.webp?w=877)
Открытие механизма направленного слуха у D. cerebrum — это не просто научный курьез. Веберовым аппаратом, подобным обнаруженному у этих рыбок, обладают более 15% всех позвоночных на планете, включая большинство пресноводных рыб.
Вполне возможно, что «двойной слух», позволяющий воспринимать не только давление, но и движение звуковых волн, — это не исключение, а правило для огромного числа водных обитателей.
Это открытие заставляет нас по-новому взглянуть на акустический мир, окружающий нас. Возможно, рыбы слышат не просто звуки, а сложные звуковые ландшафты, недоступные нашему восприятию, полные информации о расстоянии, форме и даже материале объектов. И кто знает, какие еще тайны подводного мира раскроет нам этот «двойной слух», о котором мы и не подозревали?
Могут ли результаты исследования найти практическое применение, например, в рыболовстве или для создания более эффективных методов акустического мониторинга подводного мира?
Понимание механизмов слуха у рыб открывает новые горизонты для разработки более эффективных и щадящих методов рыболовства. Например, можно будет создавать приманки, имитирующие естественные звуки, на которые рыба будет реагировать более активно. Кроме того, знание особенностей восприятия звука разными видами рыб позволит разрабатывать более точные и избирательные акустические системы для мониторинга их численности и миграций.
Ученые использовали для своих экспериментов рыбок D. cerebrum, которые являются одними из самых маленьких позвоночных на планете. Насколько правомерно переносить полученные результаты на другие виды рыб, размеры которых значительно больше?
Возможно, что у более крупных рыб, обладающих иным строением внутреннего уха и другими акустическими характеристиками, механизмы направленного слуха могут иметь свои особенности. Тем не менее, открытие «двойного слуха» у D. cerebrum является важным шагом в понимании принципов работы слуховой системы у рыб и может стать отправной точкой для изучения этого вопроса у других видов.
2 комментария
Добавить комментарий
Добавить комментарий