Прежде чем добраться до внутреннего уха с его звуковыми рецепторами, звук должен пройти через барабанную перепонку и систему слуховых косточек среднего уха. Перепонка и косточки, напомним, обеспечивают переход звуковых волн из воздушной среды в жидкость, омывающую слуховые рецепторы. Такая система звукопроведения появилась у позвоночных 200–250 млн лет назад, причём у некоторых групп животных она возникала независимо от других. Теоретически без среднего уха невозможно ничего услышать, и все, у кого есть уши, должны в том или ином виде иметь перепонку и слуховые косточки. Звуковая волна может пройти через ткани тела к внутреннему уху, но 99,9% звука до рецепторов просто не доберётся.
Трёхмерная реконструкция головы S. gardineri (здесь и ниже иллюстрации Renaud Boistel / CNRS).
Однако нет правил без исключений, и одно из них — лягушка Гардинера, Sechellophryne gardineri, обитающая на Сейшельских островах. Существо обходится и без перепонки, и без слуховой косточки (она у амфибий одна и называется колумеллой). При этом S. gardineri прекрасно слышат. Как это у них получается, выясняли Рено Буэстель из Национального центра научных исследований CNRS (Франция) вместе с международной командой зоологов.
Для начала исследователи убедились, что лягушки действительно слышат: для этого самцам прокручивали позывные других самцов, на которые «слушатели» незамедлительно отвечали. Следующим шагом выяснялось, как всё-таки звуковые колебания достигают слуховых рецепторов: внутреннее ухо у лягушек Гардинера есть, но как звук попадает в него? На роль звукопроводящего устройства предлагали лёгкие, некие мышечные провода или костные сочленения, отводящие звуковые колебания с поверхности тела к внутреннему уху. Изучать биомеханику лягушачьих тканей, что называется, вручную было бы делом слишком сложным и ненадёжным: S. gardineri достигает в длину всего одного сантиметра, так что зоологи использовали рентгеновские лучи.
Без среднего уха 99,9% звуковой волны не дойдёт до слуховых рецепторов, но сейшельские лягушки решают эту проблему с помощью рта-звукоуловителя.
Построив трёхмерную модель лягушки, учёные попробовали симулировать на ней движение звуковой волны к внутреннему уху. Оказалось, лёгкие тут ни при чём, звук же попадает к рецепторам через рот.
Рот у S. gardineri по объёму больше, чем лёгкие, и служит прекрасным резонатором, усиливающим чужое кваканье. Для лучшего звукопроведения у лягушек уменьшилась толщина тканей между полостью рта и внутренним ухом, и сами ткани стали более однородными: так звук быстрее и полнее может добраться до костей внутреннего уха. Следует подчеркнуть, что лягушачий рот особенно хорошо резонирует на частотах, на которых поют сами самцы S. gardineri. Слышать друг друга для них важнее всего. И, возможно, ничего другого они и не слышат.
Иными словами, эти лягушки вместо среднего уха с его барабанной перепонкой и слуховой косточкой используют рот-резонатор. S. gardineri не единственные амфибии, лишённые среднего уха: его вообще нет у 6% лягушек, нет у саламандр и безногих земноводных. Авторы работы полагают, что и прочие «безухие» амфибии могут пользоваться этим «слухоротовым» ноу-хау или же какими-то вариациями.
