Naukowcy rozwiązują zagadkę tego, jak ryby słyszą w stereo

prasa europejska

Gazeta „La Jornada”.
sobota, 22 czerwca 2024, s. 22 5

Madryt. Neurolodzy rozwiązali zagadkę identyfikacji źródeł podwodnych dźwięków, których nie ma u ludzi, i opisali w czasopiśmie mechanizm słyszenia u małej ryby Natura.

Kiedy jesteśmy pod wodą, ludzie nie są w stanie zlokalizować źródła dźwięku, który rozchodzi się tam około pięć razy szybciej niż dźwięk na lądzie. To sprawia, że ​​słyszenie kierunkowe, czyli lokalizowanie dźwięku, jest prawie niemożliwe, ponieważ ludzki mózg określa pochodzenie hałasu, analizując różnicę czasu między dotarciem do jednego ucha a drugim.

Natomiast badania behawioralne wykazały, że ryby potrafią rozpoznać źródła dźwięku jako ofiarę lub drapieżnika. Ale jak oni to robią? Mózg DanionellaJest to ryba o długości około 12 mm, prawie całkowicie przezroczysta przez całe życie. Pochodzi z rzek południowej Birmy. Ma najmniejszy znany mózg kręgowców, ale nadal wykazuje szereg złożonych zachowań, w tym komunikację głosową. To, w połączeniu z faktem, że naukowcy mogą zajrzeć bezpośrednio do wnętrza jego mózgu (głowa i ciało są prawie przezroczyste), sprawia, że ​​badania tego narządu są interesujące.

Profesor Benjamin Gudkowitz, neurobiolog z Charité-Universitätsmedizin Berlin i jego zespół wykorzystują maleńką rybkę jako okno na podstawowe pytania, takie jak komunikacja między neuronami.

Źródło rezonansu

Jego najnowsza praca poświęcona jest rozwojowi zmysłu słuchu i odwiecznemu zagadnieniu, w jaki sposób ryby określają źródło podwodnego rezonansu. Modele słyszenia kierunkowego zawarte w poprzednich podręcznikach są nieodpowiednie w zastosowaniu do środowisk podwodnych.

Od ćwierkania wielorybów po ćwierkanie ptaków lub drapieżnika polującego na ofiarę – gdy dźwięk wydobywa się ze źródła, rozprzestrzenia się do otaczającego środowiska w postaci oscylacji ruchu i ciśnienia. Można to wyczuć nawet kładąc rękę na stożku głośnika.

Cząsteczki wibrują, a sąsiadujące z nimi powietrze porusza się: nazywa się to prędkością cząstek, a gęstość cząstek również zmienia się wraz z ciśnieniem powietrza. Można to zmierzyć jako ciśnienie akustyczne.

Kręgowce lądowe, w tym ludzie, postrzegają kierunek dźwięku przede wszystkim poprzez porównanie głośności i czasu, w którym ciśnienie akustyczne dociera do obu uszu. Hałas brzmi głośniej i szybciej dociera do ucha znajdującego się najbliżej źródła dźwięku. Ta strategia nie działa pod wodą.

Tam dźwięk rozchodzi się znacznie szybciej i nie jest tłumiony przez czaszkę. Oznacza to, że ryby również nie powinny mieć słuchu kierunkowego, ponieważ między ich uszami prawie nie ma różnicy w wielkości i czasie przybycia. Jednak w badaniach behawioralnych wielu gatunków zaobserwowano słuch przestrzenny.

Aby dowiedzieć się, czy i przede wszystkim w jaki sposób ryby potrafią określić kierunek dźwięku, zbudowaliśmy specjalne podwodne głośniki i odtwarzaliśmy krótkie, głośne dźwięki.wyjaśnił Johannes Weith, jeden z pierwszych autorów niniejszego badania.

„Następnie sprawdzamy, jak często tego unikasz Danionella Oznacza to, że dla głośnika rozpoznaje kierunek, z którego dochodzi dźwięk. Do przeprowadzenia analiz wykorzystano aparat, który sfotografował każdą rybę z góry i śledził jej dokładną lokalizację. Ta metoda bezpośredniego śledzenia miała zasadniczą zaletę: zespół mógł teraz zlokalizować i stłumić echa.

To, co człowiek odbiera przez błonę bębenkową, to ciśnienie akustyczne, a nie prędkość cząstek. Ryby mają zupełnie inny mechanizm słuchowy: potrafią także dostrzec prędkość cząsteczek. Jak to dokładnie działa w Danionella Ujawniają się one na zdjęciach wykonanych przy użyciu specjalnie zaprojektowanego laserowego mikroskopu skaningowego, który digitalizuje struktury wewnątrz ucha ryby w sposób migający w miarę odtwarzania dźwięku.

W pobliżu podwodnego głośnika cząsteczki wody poruszają się tam i z powrotem wzdłuż osi skierowanej w stronę głośnika i od niego. Prędkość cząstek porusza się zgodnie z kierunkiem rozchodzenia się dźwięku.

Ryba w pobliżu głośnika również porusza się wraz z wodą, ale małe kamienie w uchu wewnętrznym, zwane otolitami, poruszają się wolniej z powodu bezwładności. Powoduje to niewielki ruch wykrywany przez komórki czuciowe w uchu. Problem w tym, że oznacza to, że ryba może wykryć jedynie oś, wzdłuż której porusza się dźwięk, a nie kierunek, z którego dochodzi. Dzieje się tak, ponieważ dźwięk jest formą oscylacji, ciągłego ruchu tam i z powrotem.

Problem ten rozwiązano analizując prędkość cząstek w funkcji aktualnego ciśnienia akustycznego, co stanowi jedną z kilku hipotez, które w przeszłości próbowały wyjaśnić mechanizm słyszenia kierunkowego. Okazało się, że jest to jedyna teoria zgodna z ustaleniami badaczy.

Ciśnienie akustyczne porusza ściśliwy pęcherz pławny, co z kolei jest rozpoznawane przez komórki rzęsate w uchu wewnętrznym. Poprzez ten drugi pośredni kanał słuchowy ciśnienie akustyczne zapewnia rybie punkt odniesienia potrzebny do słyszenia kierunkowego. Dokładnie to przewidywał model słuchu przestrzennego z lat 70. XX wieku, a teraz potwierdziliśmy to eksperymentalnie.– powiedział Gudkowitz.

Zespołowi udało się również wykazać, że słuch kierunkowy można oszukać poprzez odwrócenie ciśnienia akustycznego; Kiedy to się stało, ryba zdała sobie sprawę, że była to jedyna ryba, którą można było zobaczyć.