Писк в ушах: об истории эхолокации у летучих мышей

Как у летучих мышей работает «шестое чувство», какие предатели висят на родословном дереве рукокрылых и для чего специалистам по летучим мышам понадобилось сравнение улиток, рассказывает Indicator.Ru.

Темная история рукокрылых

«Всеобщая неправильность и чудовищность, замеченная в организме летучей мыши, безобразные аномалии в устройстве чувств, допускающие гадкому животному слышать носом и видеть ушами, — все это, как будто нарочно, приноровлено к тому, чтобы летучая мышь была символом душевного расстройства и безумия», — писал об этих загадочных животных натуралист Альфонс Туссенель. Неудивительно, что эти, как он называл их, «химеры, чудовищные, невозможные существа» с экстрасенсорными или даже колдовскими, по мнению наших предков, способностями всегда привлекали внимание естествоиспытателей.

С тех пор как Ладзаро Спалланцани и его коллеги в 1798 году показали, что летучие мыши используют звук для ориентации в полной темноте и не нуждаются для этого ни в зрении, ни в осязании воздушных потоков, механизмы эхолокации были подробно изучены. В 1912 году Хайрем Максим впервые выдвинул предположение, что летучие мыши создают сигналы, неразличимые человеческим ухом, с помощью крыльев. Правда, по его мнению, это был инфразвук с частотой 15 Гц. Первым догадался об ультразвуке англичанин Хартридж, решивший воспроизвести опыты Спалланцани в 1920 году, а подтвердили его правоту биоакустик Дональд Гриффин (он-то и придумал термин), нейробиолог Роберт Галамбос и физик Джордж Пирс. Кстати, интересно, что, с древности шарахаясь от летучих мышей, кита-то наши предки и не приметили: первое серьезное исследование эхолокации китообразных провели только через два десятилетия после работ Гриффина, Галамбоса и Пирса.

Много писка из ничего

Систематически же картина тоже оставалась довольно логичной и стройной. Всего рукокрылых насчитывается более 1260 видов, которые объединяются в 21 семейство. Всех их подразделяли на более крупных и в большинстве своем «молчаливых» в ультразвуковом диапазоне крыланов (подотряд Megachiroptera и его единственное семейство Pteropodidae) и более мелких, но почти поголовно пользующихся эхолокацией летучих мышей (Microchiroptera, куда входили все остальные семейства). Между двумя подотрядами находили и другие различия, в целом же внутри каждого из них не было особенных противоречий. Хотя у некоторых крыланов и есть способность к эхолокации, все же она совсем другого типа, щелчкового, так что в целом получалось ровненькое и гладенькое родословное древо, буквально без сучка, без задоринки.

Казалось бы, в такой изученной области больше нечего делать. А потом «пришли генетики и все испортили»: исследование митохондриальной ДНК и сцеплений ядерных генов, а затем и полногеномные анализы выявили надсемейство сепаратистов, Rhinolophidae, которое ну никак не могло усидеть на одной ветви филогенетического древа с остальными Microchiroptera и неуклонно стремилось висеть поближе к крыланам (Pteropodidae). Молекулярные биологи уступили им и решили объединить их в подотряд Yinpterohiroptera, а всех остальных отправили в новый подотряд Yangohiroptera. И все бы ничего, сиди эти непокорные ринолофиды там молча: так нет же, они, предатели, пищат ультразвуком, который издает их гортань, чего крыланы делать не умеют. Эта картина вносит смуту в стройные ряды хироптерологов: одни защищают сумасбродных сепаратистов и пытаются понять, не могла ли эхолокация возникнуть у рукокрылых дважды, другие убеждают, что раньше пищать в ультразвуковом диапазоне могли предки всех ныне живущих видов, а после некоторые утратили эту способность, третьи вспоминают Onychonycteris finneyi — древнейшую из ископаемых форм, обитавшую в раннеэоценовых лесах на территории современного Вайоминга 52,5 млн лет назад и не умевшую ориентироваться с помощью ультразвука.

Почему у тебя такие большие внутренние уши?

Чтобы положить конец этим спорам, ученые из Китая и Ирландии прибегли к помощи одного из самых красивых законов живого мира, биогенетическому закону Мюллера — Геккеля, согласно которому каждое живое существо в ходе индивидуального развития (онтогенеза) проходит основные стадии и ступени, которые преодолели его предки в процессе эволюции (филогенеза). Конечно, эмбриональное развитие гораздо более сложный и многоплановый процесс, чем «краткий пересказ предыдущих серий», и разные органы зародыша могут даже одновременно развиваться в разные стороны, движимые генами-дирижерами. Но, чтобы посмотреть на то, были ли у предков организма некие черты, которых он сам лишен, вполне логично обратить внимание на то, как изменяется его эмбрион. Раздел науки, который наиболее полно может наблюдать все эти стадии превращений у млекопитающих, называется сравнительной эмбриологией (ее основы закладывал еще немец, впрочем обрусевший, Карл Бэр).

Какие органы летучих мышей можно назвать «ответственными» за эхолокацию? Те, которые помогают производить ультразвук (гортань), и те, которые его улавливают (органы слуха). Видам, которые пользуются эхолокацией, свойственны более крупные размеры улитки — заполненной жидкостью части перепончатого лабиринта, той самой части внутреннего уха, которая помогает нам воспринимать звуки, преобразовывать их в нервный импульс и передавать в головной мозг. Отношение ширины улитки к ширине основания черепа очень сильно коррелирует с умением «видеть ушами».

Как мыши улитками мерялись

В описанном в Nature Ecology & Evolution исследовании ученые сравнили эти показатели у эмбрионов двух видов рукокрылых, не использующих эхолокацию с помощью органов гортани, пяти видов, использующих ее, и пяти видов других млекопитающих, не обладающих внутренним сонаром (кот, мышь, кролик, крыса и еж). Если удастся увидеть сходства в эмбриональном развитии улиток птероподид и летучих мышей с эхолокацией, которые будут отличать их всех от остальных млекопитающих, значит, крыланы просто утратили свое «шестое чувство», которое, видимо, забирало у них больше энергии, чем приносило пользы, а если похожи будут крыланы и другие «молчаливые» на высоких частотах млекопитающие, то, возможно, пользоваться сонаром они никогда и не могли. В таком случае следовало признать, что, скорее всего, непокорные ринолофиды развили эту способность независимо от всех остальных летучих мышей.

Сравнение с помощью рентгена показало, что разница между рукокрылыми с сонаром и двумя не слышащими и не издающими ультразвук видами была минимальна на первых стадиях развития плода. На последующих этапах сходство уменьшилось, и улитки крыланов приблизились по своим характеристиками к улиткам млекопитающих, которые не обладают эхолокацией с использованием гортани. А это еще один заметный довод в пользу того, что этот тип эхолокации у летучих мышей не возникал дважды, а был утрачен некоторыми видами. Причиной лишения этой способности могла стать ее невыгодность: возможно, крыланы справлялись и без нее, не тратя уйму лишней энергии на такой сложный механизм ориентирования в пространстве. Некоторые виды даже активны в дневное время суток, а когда вокруг светло, «шестое чувство», помогающее не врезаться в дерево, и вовсе ни к чему.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, Вконтакте, Twitter, Telegram.