Слоны преобразуют шаги в сообщения посредством вибраций земли и черепа

Фото из открытых источников

Слоны могут общаться друг с другом на расстоянии до пяти километров, издавая звуки, распространяющиеся по воздуху. Однако у них есть и второй способ передачи сигналов: сейсмические волны, распространяющиеся по земле. Эти вибрации передаются от ног слонов через их конечности и, в конечном итоге, через кости черепа непосредственно во внутреннее ухо. Они могут восприниматься на расстоянии 10 километров и более. Это называется костной проводимостью слуха.

Теперь исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Audiology and Otology, выяснило, почему костная проводимость слуха так хорошо работает у слонов: возможно, все дело в размере и особой мышце.

«Устройства для прослушивания через слуховой канал, такие как AirPods, могут раздражать, потому что мы слышим звуки, издаваемые телом, громче, чем обычно, например, когда мы ходим или жуем», — сказал ведущий автор исследования Сунил Пуриа из Гарвардской медицинской школы и Массачусетской глазной и ушной клиники. «Однако слоны могут использовать способность закрывать слуховые каналы в своих интересах для общения на больших расстояниях. Мы обнаружили, что у слонов костная проводимость слуха значительно улучшается благодаря более крупным структурам среднего уха и, возможно, дополнительно усиливается за счет добровольного закрытия слухового канала».

Для исследования, опубликованного в разделе «Аудиторная наука» журнала, ученые использовали височные кости — часть черепа, в которой расположены среднее и внутреннее ухо. Образцы были получены от умерших слонов и доноров-людей. Команда прикрепила височные кости к устройству, создающему вибрации, имитирующие звук, распространяющийся по телу в череп. Направляя лазерный луч, устройство измеряло, насколько смещались крошечные светоотражающие маркеры, размещенные на косточках среднего уха, в ответ на вибрации, создаваемые низко- и высокочастотной стимуляцией. Для эксперимента слуховой канал был закрыт мягкой поролоновой пробкой.

Кости среднего уха слонов наиболее эффективно вибрировали на частоте около 400 Гц, тогда как человеческие кости — примерно на 1,2 кГц. Ниже этих частот стремечко слонов, небольшая кость среднего уха, передающая вибрации во внутреннее ухо, двигалось в три-четыре раза больше, чем стремечко человека. Большая подвижность не означает лучшую способность к слуху, но это означает, что больше вибраций передается в улитку — часть уха, где вибрации звуковых волн преобразуются в нервные сигналы.

Предыдущие исследования показали, что слоны обладают лучшей чувствительностью к низкочастотным звукам, передаваемым по воздуху, поэтому логично предположить, что они также лучше, чем люди, слышат низкочастотные звуки, передаваемые по костной ткани, заявила группа исследователей.

«Хотя мы и подозревали это, основываясь на их поведении в дикой природе и реакции на вибрационные раздражители, было очень приятно показать, что слоны обладают превосходным слухом, основанным на костной проводимости», — сказала соавтор исследования Кейтлин О'Коннелл-Родвелл.

Причина повышенной чувствительности слонов к низкочастотным звукам, вероятно, кроется в анатомических особенностях. Кости их среднего уха в девять раз тяжелее, а барабанные перепонки в семь раз больше, чем у человека. У большинства млекопитающих размер органов соответствует размеру тела. Это означает, что среднее ухо слона не имеет такой же специализации по сравнению с человеческим — оно просто больше.

«Благодаря размеру ушей слоны лучше передают низкочастотные звуки в улитку внутреннего уха. Эта специализация обусловлена адаптацией улитки к большему объему входного сигнала и генерацией нейронных ответов, которые мозг может использовать и интерпретировать для коммуникации», — объяснил Пуриа.

Способность слонов произвольно закрывать слуховые каналы — способность, которой не обладают люди, — может еще больше улучшить их превосходный слух на низких частотах. Авторы предположили, что при прослушивании низких частот около 200 Гц или ниже слоны могут сокращать мышцу, которая закрывает слуховой канал, достигая эффекта, аналогичного тому, который достигается при использовании человеком берушей или внутриканальных наушников.

«Слоны издают инфразвуковые вокализации в диапазоне частот 10–20 Гц», — пояснила О'Коннелл-Родвелл.

«Согласно нашим оценкам, способность слонов закрывать слуховые каналы может улучшить их костную проводимость слуха до 30 раз при прослушивании инфразвуковых частот», — пояснил Пуриа. «Однако точное улучшение чувствительности будет зависеть от степени перекрытия объема слухового канала мышцей».

Это исследование открывает возможности для дальнейших исследований в этой интригующей области. Для своих экспериментов они отметили, что из улитки были удалены все жидкости из-за длительного процесса забора и подготовки материала, что могло привести к занижению полученных результатов. Слоновья ткань труднодоступна, поэтому количество имеющихся образцов было ограничено.

«Немногие существа могут сравниться по величию со слонами», — заключил Пуриа. «Их поведенческие особенности можно лучше понять, изучив их слуховые способности. Нам нужны более точные данные об их абсолютной чувствительности слуха на разных частотах при стимуляции воздушной и костной проводимостью. Мы пытались это сделать, и оказалось, что это проще сказать, чем сделать».