Международная группа биологов смоделировала гортани трех видов усатых китов и изучила их устройство. Исследователи обнаружили у этих животных уникальный механизм вокализаций, схожий с человеческим.
Наземные млекопитающие — предки китов — во время возвращения в воду столкнулись с рядом проблем. Как продолжить дышать, не потеряв способности к вокальной коммуникации?
Гортань млекопитающих одновременно защищает дыхательные пути и порождает звуки. Но в водной среде китам потребовался иной механизм — зубатые киты, например, развили у себя носовой голосовой орган, а гортань только помогает им дышать.
Усатые киты пошли другой дорогой — у них возник голосовой тракт. У гортани тем временем остались обе прежние функции. Специальные пробки стали защищать дыхательные пути от воды. Также в их гортани появились особые U-образные хрящи, обеспечивающие поверхностное дыхание. Однако на них нет голосовых складок, как у наземных млекопитающих, поэтому оставалось неясным, как усатые киты создают звуки.
Группа биологов из Дании, Австрии и США изучила гортань трех усатых китов: горбатого кита (Megaptera novaeangliae), сейвала (Balaenoptera borealis) и малого полосатика (B. acutorostrata), которого еще называют китом Минке. Чтобы проверить, как этот орган издает звуки, исследователи создали компьютерную модель, повторявшую устройство гортани китов. Статья биологов вышла в журнале Nature.
После исследования на томографе авторы обнаружили возле поперечных черпаловидных складок большую мышцу. По мнению биологов, она гомологична голосовой мышце млекопитающих.
Моделирование гортани китов показало, что во время выхода воздуха из легких поток встречается с зазором и заставляет вибрировать слизистую оболочку. Этот зазор образуется, когда поперечные черпаловидные складки прижимаются к гортанной «подушке» из жировой ткани.
У всех трех китов, отметили ученые, звук создается за счет аэродинамических колебаний складок и гортанной «подушки», которые уникальны для усатых китов. Сокращение голосовых мышц напрягает эти структуры перпендикулярно потоку воздуха — у млекопитающих этот механизм увеличивает резонансные частоты и, следовательно, вибрацию звука.
Гортань горбатого кита устроена несколько иначе. Поперечные черпаловидные складки у него толще, чем у сейвала и полосатика, и вибрируют подобно голосовым связкам человека и других млекопитающих. Смоделировав гортань горбатого кита, ученые обнаружили, что на выдохе кит создает самоподдерживающиеся смычные колебания складок, тем самым издавая звуки в диапазоне от 40 до 600 герц.
Полученные результаты позволили исследователям предположить, что гортань усатых китов работает по схожим принципам, что и человеческая. Биологи отмечают два механизма вокализации у этих животных: вибрации уникальных структур генерируют низкочастотные звуки, а поперечные черпаловидные складки выполняют функцию голосовых связок. Также особенное устройство гортани усатых китов позволяет им общаться с помощью сложных сигналов.