Как птицы обходятся без внешних ушей

31 декабря 2014 г.

В отличие от млекопитающих у птиц нет наружных ушей. У млекопитающих эти органы слуха выполняют важную функцию – они помогают идентифицировать звуки, испускаемые с разных уровней по высоте. Однако птицы тоже способны определить – на каком уровне, выше или ниже, находится источник звука. В этом участвует вся голова.

Группа исследователей из Мюнхенского технического университета (TUM) обнаружила способ, которым пользуются птицы для локализации источника звука. Результаты исследования опубликованы в сетевом журнале PLOS ONE.

Весна пришла, и два черных дрозда распеваются. Они соревнуются друг с другом, кто же окажется привлекательнее для самки. Но для окончательного решения самка должна найти их по звуку, чтобы увидеть, кто насколько хорош.

«Поскольку у птиц нет внешних ушей, долгое время считалось, что они неспособны определять по звуку высотное положение его источника», - поясняет д-р Ганс А. Шнайдер с кафедры зоологии TUM. – Но самка черного дрозда находит выбранного ею певца, даже если исполнитель серенады расположен над ней».

Млекопитающие идентифицируют источник звука, расположенный в вертикальной плоскости, используя внешние уши, которые поглощают, отражают или производят дифракцию звуковых волн, благодаря их специфическому устройству. Чувство слуха позволяет им идентифицировать локализацию источника на вертикальной шкале. А как птицы угадывают разницу в местоположении источника по вертикали? 

Исследуя три птичьих вида – ворону, утку и домашнюю курицу – д-р Шнайдер обнаружил, что птицы способны улавливать звук, издаваемый с различных уровней по высоте. По-видимому, их голова, имеющая овальный профиль, трансформирует звуковую волну так же, как это делают наружные уши.

«Мы замеряли громкость звуков, испускаемых под разными углами по высоте, - рассказывает д-р Шнайдер. - Все звуки, издававшиеся со стороны уха, были достаточно громкими, независимо от высоты расположения источника звука. Ухо на противоположной стороне от источника звука определяло высоту его положения более точно – просто используя разницу в громкости, воспринимаемой ушами.

Для восприятия звука важна форма головы. В зависимости от того, откуда достигает головы звуковая волна, звук по-разному отражается, поглощается и диффрагирует. Как обнаружили ученые, голова для звуков, приходящих с разных направлений, служит как бы принимающим экраном или резонатором. И работает здесь разница в восприятии ближайшего уха и уха на другой стороне головы.

А уже мозг птицы решает задачку и дает ответ – где расположен источник звука – выше или ниже птицы, использую разницу в восприятии громкости одним и другим ухом. Лучшее восприятие и определение местоположения источника происходит, когда он размещен внутри вертикального сектора от -30° до +30° по отношению к птице-слушателю.


Схематическая интерпретация того, как сочетаются направления зрения и слуха. При боковом расположении глаз, как у кур, высота источника определяется по разности децибел для левого и правого уха (рис. a). При фронтальном расположении глаз (например, как у сипухи, да и у других сов) разница в децибелах оценивается в продольной вертикальной плоскости (рис. B). Цветом показана вариативность децибел.
Рисунок: Hans A. Schnyder и др. Журнал PLoS ONE, 2014; DOI: 10.1371/journal.pone.0112178

Взаимодействие визуальных и аудиосигналов улучшает ориентирование птицы. Почему для птицы важна идентификация источника звука в вертикальном направлении? У большинства птиц глаза размещаются на боковых сторонах головы, что позволяет иметь круговое поле обзора почти в 360 градусов. У них также развита способность улавливать звуки, приходящие с различных уровней по высоте. Они комбинируют визуальные и звуковые данные, что очень важно, например, при стремлении ускользнуть от хищника.

У некоторых хищных птиц, таких как, например, сипуха, сложилась несколько другая стратегия. Этот вид охотится ночью. Глаза у сипух расположены на передней плоскости головы. Лицевое оперение воспринимает и модифицирует звук примерно так же, как это делают внешние уши. Как показал д-р Шнайдер, сова лучше других птиц слышит звуки, поступающие спереди.

В итоге совмещение визуального и звукового сигналов дает максимальный эффект при локализации источника звука. «Именно комбинация звука и визуального сигнала оказалась важным принципом в процессе эволюции животных», - отметил в заключение д-р Шнайдер.

Ссылка на журнальную статью и реферат в сети: Hans A. Schnyder, Dieter Vanderelst, Sophia Bartenstein, Uwe Firzlaff, Harald Luksch. The Avian Head Induces Cues for Sound Localization in Elevation.PLoS ONE, 2014; 9 (11): e112178 DOI: 10.1371/journal.pone.0112178

Сообщение подготовлено по новостным материалам научно-популярного сетевого ресурса ScienceDaily, выпуск от 14.12.2014.  

Владимир ХАБАРОВ (Обнинск)