Вчені пояснили, як слони спілкуються на відстані понад 10 кілометрів

Слони давно вра­жа­ють біо­ло­гів своєю зда­тні­стю під­три­му­ва­ти зв’язок на вели­че­зних від­ста­нях. Повітрям їхні низь­ко­ча­сто­тні сигна­ли можуть поши­рю­ва­ти­ся при­бли­зно на 5 кіло­ме­трів, але це лише части­на їхньої систе­ми кому­ні­ка­ції. Значно ціка­ві­ше те, що ці тва­ри­ни вико­ри­сто­ву­ють ще один канал зв’язку — сей­смі­чні хвилі, які про­хо­дять крізь ґрунт і можуть дола­ти понад 10 кіло­ме­трів.

Нове дослі­дже­н­ня, опу­блі­ко­ва­не в жур­на­лі Frontiers in Audiology and Otology, допо­мо­гло зро­зу­мі­ти, чому слони настіль­ки ефе­ктив­но спри­йма­ють такі сигна­ли. Виявилося, що вирі­шаль­ну роль віді­гра­ють не лише вели­че­зні роз­мі­ри їхньо­го сере­дньо­го вуха, а й незви­чай­на зда­тність тим­ча­со­во закри­ва­ти слу­хо­вий прохід.

Як слони «слухають» землю

На від­мі­ну від людей, слони отри­му­ють інфор­ма­цію не лише через пові­тря­ні зву­ко­ві хвилі.

Коли інший слон тупає, гар­чить або видає інфра­зву­ко­вий сигнал, части­на енер­гії поши­рю­є­ться крізь землю у вигля­ді меха­ні­чних коли­вань. Вібрації над­хо­дять через сту­пні, про­хо­дять кіс­тка­ми ніг, таза та чере­па і зре­штою дося­га­ють вну­трі­шньо­го вуха.

Такий спо­сіб пере­да­чі звуку нази­ва­є­ться кіс­тко­вою про­від­ні­стю. Люди також зда­тні спри­йма­ти звук таким спосо­бом, але у сло­нів цей меха­нізм пра­цює наба­га­то ефективніше.

До чого тут AirPods

Автори дослі­дже­н­ня поясню­ють прин­цип на зна­йо­мо­му бага­тьом прикладі.

Люди, які кори­сту­ю­ться вну­трі­шньо­ка­наль­ни­ми наву­шни­ка­ми або беру­ша­ми, нерід­ко помі­ча­ють, що вла­сні кроки, жува­н­ня чи навіть диха­н­ня зда­ю­ться наба­га­то голо­сні­ши­ми. Це від­бу­ва­є­ться тому, що закри­тий слу­хо­вий про­хід під­си­лює звук, який пере­да­є­ться через кіс­тки черепа.

Дослідники при­пу­ска­ють, що слони навчи­ли­ся вико­ри­сто­ву­ва­ти цей ефект собі на користь. На від­мі­ну від людей, вони можуть довіль­но ско­ро­чу­ва­ти спе­ці­аль­ний м’яз, який час­тко­во пере­кри­ває слу­хо­вий про­хід. У резуль­та­ті сприйня­т­тя дуже низь­ких частот через кіс­тко­ву про­від­ність стає ще ефективнішим.

Як досліджували слух слонів

Безпосередньо пере­ві­ри­ти робо­ту вну­трі­шньо­го вуха живої дикої тва­ри­ни пра­кти­чно немо­жли­во, тому дослі­дни­ки вико­ри­ста­ли інший підхід.

В екс­пе­ри­мен­ті засто­су­ва­ли скро­не­ві кіс­тки помер­лих сло­нів і люд­ських донорів.

За допо­мо­гою спе­ці­аль­но­го вібра­цій­но­го при­строю вчені ство­рю­ва­ли меха­ні­чні коли­ва­н­ня, що імі­ту­ва­ли про­хо­дже­н­ня звуку через кіс­тки чере­па. Потім лазер­на систе­ма вимі­рю­ва­ла, наскіль­ки силь­но руха­ю­ться слу­хо­ві кісто­чки сере­дньо­го вуха.

Під час части­ни екс­пе­ри­мен­тів слу­хо­вий про­хід дода­тко­во закри­ва­ли м’якою проб­кою, щоб оці­ни­ти вплив цього ефе­кту на пере­да­чу звуку.

Результати виявилися дуже показовими

Дослідження пока­за­ло кіль­ка важли­вих особливостей:

1. У сло­нів най­ефе­ктив­ні­ша пере­да­ча кіс­тко­вих вібра­цій від­бу­ва­ла­ся при­бли­зно на 400 Гц, тоді як у людей — близь­ко 1,2 кГц.
2. На низь­ких часто­тах стре­мін­це — одна зі слу­хо­вих кісто­чок — у сло­нів руха­ло­ся у 3 – 4 рази інтен­сив­ні­ше, ніж у людини.
3. Це озна­чає, що до вну­трі­шньо­го вуха над­хо­дить зна­чно біль­ше меха­ні­чної енер­гії, яка пере­тво­рю­є­ться на нер­во­ві сигнали.

Водночас авто­ри наго­ло­шу­ють: біль­ша амплі­ту­да руху ще не озна­чає авто­ма­ти­чно гострі­ший слух. Проте вона ство­рює зна­чно кращі умови для сприйня­т­тя дуже низь­ко­ча­сто­тних сигналів.

Усе вирішує розмір вуха

Однією з голов­них при­чин такої чутли­во­сті вияви­ла­ся анатомія.

Слухові кісто­чки сере­дньо­го вуха у сло­нів при­бли­зно у дев’ять разів масив­ні­ші, ніж у людей, а бара­бан­на пере­тин­ка має площу при­бли­зно у сім разів біль­шу.

При цьому авто­ри під­кре­слю­ють ціка­ву деталь. Середнє вухо слона не є яко­юсь уні­каль­ною кон­стру­кці­єю. Воно побу­до­ва­не за тим самим прин­ци­пом, що й у біль­шо­сті ссав­ців, але через вели­че­зні роз­мі­ри тіла всі його еле­мен­ти також стали більшими.

Саме така будо­ва забез­пе­чує зна­чно ефе­ктив­ні­ше пере­да­ва­н­ня низь­ко­ча­сто­тних коли­вань до вну­трі­шньо­го вуха.

Інфразвук слонів може ставати ще гучнішим

У дикій при­ро­ді слони актив­но вико­ри­сто­ву­ють інфра­звук із часто­та­ми при­бли­зно 10 – 20 Гц — зна­чно нижче межі люд­сько­го слуху.

Автори робо­ти при­пу­ска­ють, що під час сприйня­т­тя саме таких сигна­лів тва­ри­ни можуть нав­ми­сно пере­кри­ва­ти слу­хо­вий прохід.

За їхні­ми роз­ра­хун­ка­ми, це потен­цій­но зда­тне поси­лю­ва­ти кіс­тко­ву про­від­ність до 30 разів. Водночас дослі­дни­ки зазна­ча­ють, що це поки що є моде­л­лю, а реаль­ний кое­фі­ці­єнт під­си­ле­н­ня зале­жа­ти­ме від того, наскіль­ки пов­ні­стю м’яз пере­кри­ває слу­хо­вий прохід.

Чому це відкриття важливе

Робота пояснює не лише одну з най­ці­ка­ві­ших осо­бли­во­стей пове­дін­ки слонів.

Краще розу­мі­н­ня меха­ні­змів кіс­тко­вої про­від­но­сті може допо­мог­ти вдо­ско­на­ли­ти слу­хо­ві апа­ра­ти, наву­шни­ки кіс­тко­вої про­від­но­сті та інші меди­чні техно­ло­гії для людей із пору­ше­н­ня­ми слуху.

Крім того, дослі­дже­н­ня демон­струє, наскіль­ки скла­дни­ми можуть бути систе­ми кому­ні­ка­ції вели­ких ссав­ців. Для сло­нів земля є не про­сто поверх­нею, по якій вони ходять, а ще й при­ро­дним кана­лом пере­да­чі інфор­ма­ції, зда­тним пра­цю­ва­ти на від­ста­нях, нед­ося­жних для біль­шо­сті назем­них тварин.