▲ Zdjęcie powyżej, Mózg Danionella. Ryby potrafią wykryć jedynie oś, wzdłuż której porusza się dźwięk, a nie kierunek.Obraz z Wikimedia Commons i Shenhua
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.
„Irytująco skromny muzykoholik. Rozwiązujący problemy. Czytelnik. Hardcore pisarz. Ewangelista alkoholu”.
More Stories
Ma 106 lat, mieszka samotnie i nadal ćwiczy: porady żywieniowe i zdrowotne jednej z najstarszych kobiet na świecie
Według nauki jest to odpowiedni wiek na ograniczenie spożycia kawy – Enséñame de Ciencia
Co według nauki należy zrobić jako pierwsze po przebudzeniu?