Ученые выяснили, как киты и дельфины научились использовать эхолокацию

Исследование, опубликованное в журнале Diversity, дает новое представление о том, как зубатые киты и дельфины научились ориентироваться в подводном мире с помощью звуковых волн.

Киты и дельфины, у которых нет внешних ушей, используют технику, называемую эхолокацией, для навигации и охоты в темноте. Подобно крикам и прислушиванию к эху, эти животные издают высокие звуки, которые отражаются от объектов и отражаются от них, что позволяет им составить карту своего окружения.

Их черепа и мягкие ткани рядом и внутри дыхала асимметричны, а это означает, что структура на одной стороне больше или имеет другую форму, чем ее аналог на другой стороне. Эта «однобокость» позволяет воспроизводить звук. В то же время заполненная жиром нижняя челюсть проводит звуковые волны во внутреннее ухо, позволяя животным определять, откуда доносятся звуки (направленный слух).

Тем не менее, как киты и дельфины развили этот сложный «встроенный гидролокатор», до конца не было понятно.

Теперь исследование проводится в соавторстве с Джонатаном Гейслером из Нью-Йоркского технологического института и первым автором Робертом Бессенекером из Калифорнийского университета, дает важные подсказки.

Ученые проанализировали большую коллекцию окаменелостей, в которую вошли два древних вида дельфинов рода Xenorophus, один из которых является новым для науки. Эти виды являются одними из примитивных представителей Odontoceti, подотряда морских млекопитающих, в который входят все живые эхолокационные киты и дельфины.

Xenorophus был крупным существом длиной примерно три метра, которое плавало в водах восточной части Северной Америки 25–30 миллионов лет назад и, вероятно, питалось рыбой, акулами, морскими черепахами и мелкими морскими млекопитающими. Внешне он напоминал современных дельфинов, но имел несколько сцепленных между собой коренных зубов, очень похожих на предков наземных млекопитающих.

Подобно современным зубатым китам, у Xenorophus была асимметрия вокруг дыхала, хотя и не такая выраженная, как у его ныне живущих родственников. Примечательно, что у него также наблюдалось отчетливое скручивание и смещение морды на несколько градусов влево. Предыдущие исследования на других древних китах предполагают, что этот «изгиб морды» может быть связан с асимметричным расположением жировых тел в челюсти, увеличивающим способность направленного слуха.

Однако Xenorophus пошел еще дальше. Толстые тела нижних челюстей, выполнявшие функцию наружных ушей у наземных млекопитающих, были наклонены, что еще больше усиливало направленный слух. Этот изгиб морды и наклон жировых тел, возможно, были похожи на асимметричные уши сов, которые могут определять точное местоположение добычи по их звукам.

Новые данные свидетельствуют о том, что Xenorophus, с менее выраженной асимметрией возле дыхала, возможно, не был столь же способен производить высокие звуки или слышать высокие частоты, как живые зубатые киты. Однако он смог определить местонахождение звуков. Таким образом, Xenorophus, вероятно, ознаменовал ключевой переход в истории того, как киты и дельфины начали использовать эхолокацию.

«Хотя эта асимметрия наблюдается и у других древних китов, Xenorophus является самым сильным из всех китов, дельфинов или морских свиней, ныне живущих или вымерших», — сказал Бессенекер. «Кроме того, хотя асимметрия, ориентированная на дыхало, у современных зубатых китов может быть прослежена до Xenorophus и других его родственников, скручивание и смещение морды сегодня больше не наблюдается. Это говорит о том, что Xenorophus является важной частью головоломки в понимании того, как киты и дельфины развили свои способности к эхолокации».

Кроме того, хотя многие ученые сосредоточены на симметрии в природе, Гейслер говорит, что их новое исследование демонстрирует важность изучения асимметрии.

«Биологическая симметрия, или зеркальное отображение частей тела в анатомических плоскостях, является важной особенностью в истории эволюции животных и людей. Однако наши исследования показывают важную роль асимметрии в адаптации к различным средам, и что асимметрия должна быть устранена», — говорит он.

В качестве следующего шага исследователи будут изучать других зубатых китов и искать изогнутую в одну сторону морду. Эти будущие исследования могут помочь определить, широко ли распространена эта особенность.