Морские львы, тюлени и моржи – это небольшая группа млекопитающих, которые прекрасно адаптировались к жизни как на суше, так и в водной среде. Эта адаптация проявляется не только в их способности передвигаться в обеих средах обитания, но также затрагивает слух: они способны улавливать звуки, распространяющиеся в совершенно разных акустических условиях. Долгое время механизм этой уникальной особенности оставался неизвестным для ученых. Новые исследования позволяют предположить объяснение, основанное на анализе эволюции их слуховой системы за многие десятилетия и столетия развития.

Адаптация к водной среде представляет собой существенную трудность для наземных животных, относящихся к классу млекопитающие. Скорость распространения звуковых волн в воде приблизительно в четыре с половиной раза превышает аналогичный показатель в воздухе, а её плотность – примерно в восемьсот раз выше. Вследствие этого обычная система передачи звука через внешнее и среднее ухо становится гораздо менее действенной. Многие морские млекопитающие нашли решение этой трудности кардинальным образом: китообразные практически не имеют наружного слухового прохода, используя для восприятия звуков совершенно иной метод.

Представители отряда ластоногих – тюлени, морские львы и моржи – развивались по уникальному пути адаптации. Ежедневные переходы между сушей и водой потребовали от них способности одинаково хорошо воспринимать звуки в обеих средах.

Для раскрытия секрета этой необычной способности международная группа исследователей, с участием специалистов из Музея естественной истории Лондона (Великобритания) и Университета Монаша в Австралии, провела детальное изучение строения среднего уха. В анализ были включены данные о 119 современных и древних видах хищных млекопитающих, представляющих все три ныне существующие семейства ластоногих. С помощью компьютерной томографии ученые создали трехмерные модели костей черепа и провели сравнительный эволюционный анализ, что позволило отследить трансформации слухового аппарата на пути от наземных предков к современным обитателям морей.

О результатах исследователи рассказали в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B. При этом особое внимание было уделено барабанной перепонке среднего уха и окружающим ее мягким тканям. Анализ показал, что именно эта область сыграла решающую роль в формировании так называемого «амфибийного слуха» – способности эффективно воспринимать звуки как под водой, так и в воздушной среде.

Новое научное исследование продемонстрировало, что у предков современных ластоногих постепенно возникла уникальная пористая ткань, опоясывающая структуры среднего уха. Данная структура – это плотная сеть сосудистых полостей, способных быстро заполняться кровью. По мнению исследователей, при погружении в воду такая ткань нивелирует изменение давления и одновременно модифицирует механические характеристики слуховой системы, что обеспечивает более эффективную передачу звуковых колебаний под водой.

Эволюционный процесс протекал последовательно. Вероятно, древнейшие предки ластоногих имели значительно худший подводный слух по сравнению с современными видами. Только после перехода к морскому образу жизни строение среднего уха начало претерпевать быстрые изменения. При этом различные группы животных совершенствовали его самостоятельно.

Исследователи сделали заключение, что настоящие тюлени ( Phocidae) и ушастые тюлени (Otariidae), включающие в себя морских львов и котиков, независимо друг от друга разработали схожие подходы для решения одной задачи. Несмотря на различия в строении черепа, обе эволюционные линии приобрели механизмы, обеспечивающие эффективное использование слуха как в воздушной, так и водной среде. Это считается одним из наиболее показательных примеров конвергентной эволюции среди морских млекопитающих.

Помимо этого, ученые определили особенности слуха у древних ластоногих. Проведенные вычисления указывают на то, что первые представители этой группы, скорее всего, имели промежуточные характеристики: они уже способны были воспринимать звуки в воде, но при этом сохраняли многие черты строения органов слуха наземных хищников. В процессе адаптации к морской жизни чувствительность подводного восприятия улучшалась, однако животным необходимо было находить баланс между эффективной передачей акустических колебаний и защитой внутреннего уха от высокого давления воды и сильных шумов.

Авторы исследования полагают, что полученные данные не только проливают свет на эволюцию слухового аппарата ластоногих, но и демонстрируют общие принципы развития органов чувств. Приспособление к новой среде обитания не всегда предполагает радикальную перестройку организма – порой достаточно незначительных анатомических изменений, позволяющих существующим структурам выполнять разнообразные задачи.

Безусловно, предложенный механизм нуждается в экспериментальной проверке. Несмотря на то, что анализ строения и эволюции среднего уха выявил взаимосвязь с особенностями слуха ластоногих, физиологические измерения позволят окончательно установить принцип действия кавернозной ткани при изменении передачи звука во время погружения.