Біологи пояснили, як слонам вдається спілкуватися між собою на величезних відстанях — за допомогою кісток черепа вони чують вібрації ґрунту, створені сигналами їхніх родичів. Цей механізм називають кістковою провідністю — вібрації передаються на слухові кісточки безпосередньо через кістки черепа та кінцівок, а не через слуховий прохід та барабанну перетинку. Ключовими для цього виявилися масивні слухові кісточки слонів, чутливі до низькочастотних коливань. Дослідження опублікували у журналі Frontiers in Audiology and Otology.
Слони відчули коливання ґрунту кістками черепа. Це дозволило їм спілкуватися з родичами на відстані. Markus Blüthner / Unsplash
Навіщо слонам чути кістками?
Африканські та азійські слони спілкуються за допомогою дуже низьких звуків — основна частота їхніх голосових сигналів знаходиться в межах 10-20 герців, що нижче за мінімальну межу чутливості людини — 20 герців. Водночас ці звуки дуже потужні — їхня сила сягає 120 децибелів, що можна порівняти з гучністю відбійного молотка. Такі сигнали можуть утворювати акустичні хвилі на поверхні ґрунту та поширюватися на відстані до чотирьох кілометрів.
Низькочастотні коливання повітря слони здатні сприймати завдяки великій площі барабанної перетинки — приблизно у сім разів більшої за людську, та значній масі слухових кісточок — молоточка, коваделка і стремінця — приблизно у дев’ять разів вищої, ніж у людини. Водночас науковці припускали, що коливання грунту слони сприймають за допомогою менш вивченого механізму кісткової провідності. У новому дослідженні група науковці на чолі з дослідниками з Гарвардського університету вирішила з'ясувати, як кісткова провідність пов'язана з будовою слухових кісточок слонів та порівняти її з людською.
Як вивчали кісткову провідність у слонів?
Щоб змоделювати передачу звуків через коливання кісток, а не через барабанну перетинку та порівняти цей процес у слонів та людей, дослідники закріплювали зразки скроневих кісток на вібраційному пристрої, який відтворював коливання з частотами від приблизно 12 герців до 11 кілогерц. Рух слухових кісточок і ділянки кістки біля завитки реєстрували за допомогою лазерної системи, яка відстежувала їхні найменші коливання у трьох вимірах. Щоб виключити вплив коливань повітря, слухові отвори в кістках герметично закривали спеціальними м'якими вставками. Загалом вчені дослідили зразки скроневих кісток трьох слонів та трьох людей.
Виявилося, що резонансна частота середнього вуха за кісткової провідності у слонів становила близько 400 герців, тоді як у людей — 1,2 кілогерца. Ця величина показує частоту, у межах якої слухові кісточки найбільш чутливі до вібрацій, тобто, свідчить, що середнє вухо слонів набагато краще пристосоване до передавання низькочастотних коливань. Це підтвердили й прямі вимірювання: на низьких частотах амплітуда рухів стремінця слонів виявилася приблизно вп'ятеро сильнішою, ніж у людей. Дослідники пояснили це великою масою слухових кісточок — важчі структури повільніше реагують на коливання, тому краще пристосовані до передачі низькочастотних сигналів. Подібний ефект раніше спостерігали в експериментах із людськими кістками, у яких масу молоточка штучно збільшували додаванням вантажу.
І у середнього вуха слонів, і у людського, чутливість переставала знижуватися у діапазоні приблизно 50-200 герців — на думку авторів такий ефект міг виникнути через герметизацію слухового проходу. У людей закривання вуха створює так званий ефект оклюзії, коли низькочастотні коливання затримуються у слуховому проході й сильніше діють на барабанну перетинку, тому низькі звуки, зокрема, власний голос, здаються гучнішими. У слонів біля зовнішнього слухового проходу є м’яз, здатний перекривати його отвір і, за розрахунками дослідників, його скорочення теоретично могло б додатково підвищувати чутливість до вібрацій на частотах нижче за 200 герців. Зокрема, для частоти близько 20 герців підвищення склало би майже 30 децибелів. Утім, цю оцінку поки що неможливо підтвердити на живих тваринах.
Навіщо слонам кісткова провідність?
Автори дослідження вважають, що механізм кісткової провідності дозволяє слонам відчувати сейсмічні коливання та інші вібрації, що передаються через ґрунт, у тому числі сигнали від родичів. Водночас вони закликають до обережності в інтерпретації результатів, оскільки в експериментах використовували дуже малу вибірку, а стан структур вуха слонів після зберігання і заморожування міг відрізнятися від природного.
Що ще дослідники дізналися про слонів
👋 Спостереження за слонами у заповіднику в Зімбабве виявило цілу низку жестів, які вони використовують для вітання.
🐘 А в іншому дослідженні вчені помітили, що ці тварини звертаються один до одного на імена.
🤝 Схоже також, що слони можуть реагувати на людей як на співбесідників та спілкуватися з ними, використовуючи жести.
👃 Під час пиття слони роблять вдих, у 30 разів швидший за вдих під час людського чхання, а гнучкість їхнього хобота забезпечує велика кількість шкірних складок.
